基于UWB技术的1维定位算法的应用通用防撞预警系统

目前有个天车防撞预警的项目,经过反复论证,拟采用UWB的1维定位算法和LORA通讯技术实现一套天车防撞预警系统.
采⽤用UWB技术,采⽤用UWB定位基站,通过UWB基站实现1维或2维的定位的,典型定位精度可以达到10cm. UWB
技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性⾼、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，建议采⽤用
UWB技术经过现场勘查,将三个基站部署到天⻋车的可视位置上.
技术的使用领域包括:测距避障叉⻋、吊⻋、港口货⻋防碰撞及定位等领域.

tianche1.png

1. UWB定位技术

我们采用了比较成熟的UWB厂家的产品,原产品已经具备了生产环境部署的条件. 我们在产品基础上通过采集及输出的协议,分析和计算出来各个目标的距离,就可以在一维的条件下,计算出各个目标的距离,再通过rola协议,传到控制人员手上,一边操作人员随时掌控目标的距离状态,系统动态监测目标之间距离,一旦达到警戒距离便启动报警,从而实现避免目标防撞的目的.

UWB定位的特点:

基于 UWB（超宽带）通信技术
定位、导航、授时、通信⼀一体化
局部定位、分布式测距、数传三种模式
高容量量：10Hz下，40标签/120基站/1控制台
高速低延迟数传模式，带宽3Mbps

1.分布式测距

下图是DR模式(分布式测距),每个节点都可以计算出来彼此的距离. 适合1维测距,适用于:测距避障叉⻋、吊⻋、港口货⻋防碰撞及定位等领域

uwb1.png

2.区域定位

下图是LP模式(单区域定位),在LP Mode 下，其定位原理与GPS 定位相似，在LP Mode 运行的系统即为LPS 系统。一般的，LP Mode 应用的场合主要分为单区域定位场合、多区域定位场合以及其他场合。

uwb2.png

LP模式下的场景还包括以下场景:

uwb3.png

uwb4.png

本次主要用于天车防撞预警,采用更加简单的DR模式即可,DR模式下每个UWB设备的功能都一直,都是节点.每个节点都会输出和其他节点的距离值.

2.远距离通讯 LORA

采用DR模式下,我们通过和某个节点通讯,便可以获知各个节点的距离,通过计算就可以计算出各个节点之间的距离.本地就可以动态监测各个节点的距离实现防撞预警.
实际操作中,包括天车等许多设备可能都是人员远程操控,如何把信号远程传送到控制人员手上呢?
通常天车等移动设备部署wifi不太方便,另外现场wifi的信号和安装也都不太合适,这样迫切需要一种可以远距离传输信号,低功耗,部署方便的通讯技术了.
lora模块及协议是物联网中非常出色的一种方案,距离远,抗干扰好,低功耗,部署简单. 非常适合小数据量远距离的传输场景. 我们本次采用LORA协议实现,UWB设备的定位数据的远传.

通过MCU或者计算机读取UWB模块数据,通过计算通过lora协议发送出去,接收端可以是多个设备,实现1到N的数据发送. 接收端可以使用手持设备配上lora模块便于操作人员查看,报警数据也可以及时传递给操作人员.

lora1.jpg

lora2.jpg

lora3.jpg

手持端我们采用了快速产品化的M5statck套件,快速搭建成产品.

3.手持端设备

终端设备采用产品度较高的M5statck模组,主机采用M5statck core,通讯模块采用M5LoraWAN,这样产品像积木一样组合到一块.

test1.gif

基于UWB技术的1维定位算法的应用 通用防撞预警系统