UWB 3D 定位算法與上位機(jī)方案

基于恩智浦S32K144、NCJ29D5D與KW38的UWB 3D定位方案，提供了更高的定位精度和強(qiáng)大的防中繼能力。該方案通過雙邊雙距測距方式，實(shí)現(xiàn)鑰匙在三維空間中的精確定位。

一、UWB 3D DEMO 介紹

1.1 概述

世平基于恩智浦 S32K144、NCJ2 9D5D 與KW38的 UWB 3D 定位方案，該方案遵循 3C 協(xié)議，UWB 具備更高的定位精度，以及更強(qiáng)的防中繼能力。

UWB DEMO 利用雙邊雙距測距方式對鑰匙進(jìn)行測距，距離數(shù)據(jù)傳輸至 BCM 處理，結(jié)合 3D 算法計算出鑰匙在三維空間上的坐標(biāo)。

測試 UWB 定位效果，鑰匙在 DEMO 基站內(nèi)部，鑰匙環(huán)繞 DEMO 基站外部。

1.2 UWB 3D DEMO

UWB System Development Kit 是用 S32K144 評估板、NCJ29D5D 評估板和 KW38 評估板搭配而成的 UWB 測距定位評估套件。這三個板子相互搭配之后形成了 UWB 錨點(diǎn)、 BCM、 BLE 錨點(diǎn)和 Keyfob，通過 Keyfob 與 UWB 錨點(diǎn)的通信測距，匯總到 BCM 之后進(jìn)行計算。

1.3 UWB 3D 定位算法概述

在獲取四個錨點(diǎn)到鑰匙的距離之后，就可以計算鑰匙的位置，計算鑰匙使用的是最小二乘法的方式，找出方差和最小的解。

二、UWB 3D 上位機(jī)介紹

2.1 概述

UWB 3D 上位機(jī)基于 Python 與 QT GUI 開發(fā)，通過 UART 通信方式實(shí)現(xiàn)板與 PC 間傳輸數(shù)據(jù)，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)三維界面中實(shí)時顯示 UWB 鑰匙坐標(biāo)、設(shè)置有迎賓區(qū)、解鎖區(qū)，通過動畫演示車門解鎖等應(yīng)用場景。

2.2 3D 顯示功能介紹

3D 界面區(qū)主要功能是將鑰匙、汽車模型、迎賓區(qū)、解鎖區(qū)顯示在三維空間中以及三維效果的演示，界面包含 3D 顯示界面、鑰匙實(shí)時坐標(biāo)、3D 顯示界面視角控制按鍵。

2.3 上位機(jī)狀態(tài)功能介紹

功能狀態(tài)區(qū)主要功能是顯示目前功能的狀態(tài)，包含功能狀態(tài)圖標(biāo)如連接設(shè)備、鑰匙進(jìn)入迎賓區(qū)、鑰匙進(jìn)入解鎖區(qū)，都會觸發(fā)對應(yīng)狀態(tài)圖標(biāo)的激活。

2.4 上位機(jī)配置功能介紹

上位機(jī)配置區(qū)主要功能是配置上位機(jī)與 UWB BCM 通信包含：

串口配置 - 用于配置串口通信波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位等通信參數(shù)；

UWB 錨點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置 - 用于錨定五個參考錨點(diǎn)在空間中的坐標(biāo)；

濾波數(shù)據(jù)數(shù)量控制 - 用于配置參與濾波數(shù)據(jù)的數(shù)量；

迎賓區(qū)解鎖區(qū)范圍 - 用于控制 3D 界面中迎賓區(qū)、解鎖區(qū)的范圍；

運(yùn)行日志 - 用于打印上位機(jī)運(yùn)行中的狀態(tài)、LOG；

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢

? 基于 Python 與 QT GUI 上位機(jī)顯示界面

? 配置與 UWB BCM 串口通信功能

? 上位機(jī)狀圖標(biāo)態(tài)、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示功能

? 3D 汽車模型、車門動畫、迎賓區(qū)與解鎖區(qū)范圍功能

? UWB 鑰匙坐標(biāo)數(shù)據(jù)可視化

? 三維界面視角可自由控制

? 鑰匙坐標(biāo)數(shù)據(jù)濾波

? 工程多線程運(yùn)行

?方案規(guī)格

UWB 3D 定位算法功能 ：

? BCM 與 PC 上位機(jī)、板載上位機(jī) UART 通信功能

? BCM 通過 UWB 3D 定位算法對測量值進(jìn)行濾波處理

? BCM 通過 UWB 3D 定位算法計算目標(biāo)鑰匙三維坐標(biāo)功能

UWB 3D 定位算法精度 ：

? 應(yīng)用環(huán)境：四錨點(diǎn)搭建 X 軸 3.6m、Y 軸 1.8m、Z 軸 40cm 的環(huán)境，四錨點(diǎn)坐標(biāo)為 ( 90, 180, 0 )、 ( -90, -180, 0 )、 ( -90, 180, 20 )、 ( 90, -180, -20 )

? 測量范圍：鑰匙與錨點(diǎn)間角度大于 10°、測量距離 5m 內(nèi)

? 定位精度：±20cm（應(yīng)用環(huán)境下測量范圍內(nèi)）

上位機(jī) PC 端界面功能：

? 三維界面，三維空間中顯示錨點(diǎn)、目標(biāo)鑰匙的空間坐標(biāo)、迎賓區(qū)、解鎖區(qū)、車門解鎖等應(yīng)用動畫。

? 配置界面，配置錨點(diǎn)、串口連接等參數(shù)信息、UART 通信功能，上位機(jī)通過 UART 接收從 BCM 數(shù)據(jù)幀。

? 信息窗口，顯示上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息的窗口。

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