基于无载波脉冲UWB通信的室内高精度定位系统（2 / 4）

3定位系统整体设计方案

3.1无线定位技术

最初的无线定位系统主要是针对室外环境所开发的，随着科技的发展，物联网技术的兴起，移动端设备数量急剧增加，这种情况下无线定位技术才逐渐应用于室内定位，其原理为：通过已知的数据信息经过算法分析与计算，测出其所需要的移动端的位置信息，从而达到无线定位。而且还可利用ir-uwb技术和多频带复用技术方案：使用多频带技术和正交频分复用技术（orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm）结合的实现方案。综合多种方案进行分析实验最后得出结果。

3.2系统整体设计

定位系统主要由几部分组成：基站节点、标签节点和上位机。定位系统的硬件层由基站的节点和标签节点组成，基站a1与a2所在直线与a2和a3所在的直线相互垂直，构成一个笛卡尔坐标系，经过优化的卡尔曼滤波实现定位算法，最后得出标签节点的坐标。之后标签节点与硬件设备之间通过无线通信交换数据，通过延时计算得出信号飞行时间，通过网关传输给计算机中的上位机。

3.3系统功能模块选择

定位系统的电路设计包含所有必需的电路，在本设计中只采用必要的模块（见图1）。

其中，系统包括stm32f411主控中心、dwm1000模块、控制器运行电路、电源模块等模块。

4软件设计

4.1mcu软件设计

本室内定位系统mcu软件开发环境采用由st公司免费提供的跨平台单片机开发软件atolloctrusstudio。该款软件是由st公司开发的，对stm32单片机客户提供免费使用的嵌入式集成开发环境。

mcu程序的运行流程包含如下几步：mcu的系统寄存器复位、配置程序预设的主频等参数、初始化使用到的外设接口、配置spi与usart接口的工作方式、中断事件处理等，还需要对预先设置的外部的uwb芯片、数据指示模块等外部器件进行初始化，并按设计需求对定位芯片内部寄存器进行合理的配置，使其运行在适当的模式中。当定位基站中的uwb模块收到来自其他节点传送的通信请求，mcu通过程序预设指令判断收发数据包是否合法，是来自哪一个节点并判断目的，并返回相应数据包。接下来主程序将请求内容执行后的结果进行处理，通过预置算法测算出时间差等参数