「Série de Conhecimento」 Uma exploração detalhada das vantagens da tecnologia de posicionamento e alcance preciso UWB650

O módulo UWB650 é um produto recém-lançado pela NiceRF, apresentando posicionamento bidirecional e planar de três pontos. O módulo UWB650 é desenvolvido com base no UWB3000F27 e vem equipado com um microcontrolador , permitindo ao usuário utilizá-lo diretamente sem qualquer configuração.

Seguindo o padrão IEEE 802.15.4-2020, a tecnologia UWB e seu protocolo de comunicação oferecem soluções de comunicação sem fio de alta precisão, baixo consumo de energia e baixa latência, permitindo conexões sem fio precisas, rápidas e com baixo consumo de energia.

Ele suporta UWB Canal 5 (6489,6 MHz), que oferece excelente penetração de sinal e estabilidade de transmissão, tornando-o adequado para posicionamento de alta precisão e aplicações confiáveis ​​de comunicação de dados.

Transmissão de taxa de dados aérea

Taxa de dados aéreos: Suporta taxas de dados aéreos de 6,8 Mbps e 850 Kbps, oferecendo uma escolha flexível entre transmissão de dados em alta velocidade e comunicação de baixa velocidade e baixo consumo de energia, atendendo a diferentes cenários de aplicação.

Taxa de transmissão : A comunicação é realizada no modo half-duplex, com taxa de transmissão de 1.000 pacotes de dados por segundo, cada um com capacidade máxima de 1.010 bytes. O envio e o recebimento de dados se alternam, tornando este método de transmissão adequado para aplicações com altas demandas de tamanho de pacote de dados e taxa de transmissão, permitindo a troca eficiente de dados sob condições razoáveis ​​de largura de banda.  

Suporte à transmissão de dados: Suporta tecnologia de criptografia AES-128 para garantir a segurança da transmissão de dados. Quando a criptografia está habilitada, a capacidade máxima de cada pacote de dados é reduzida para 99 bytes para manter a transmissão de dados eficiente e segura sob criptografia. Este método de criptografia evita efetivamente roubo e adulteração de dados. 

Comunicação serial de alta velocidade

A taxa de comunicação serial pode atingir até 115.200 bps, suportando transmissão de dados em alta velocidade. Atende às necessidades de comunicação da maioria dos dispositivos seriais, garantindo estabilidade e eficiência durante a transmissão de dados.

Gerenciamento flexível de comunicação

O gerenciamento é realizado por meio de IDs de grupo e IDs de dispositivos. Cada módulo recebe um ID de dispositivo exclusivo e pertence a um ID de grupo específico. O módulo pode identificar outros módulos dentro do mesmo grupo através do ID do grupo, permitindo a comunicação um-para-um ou por difusão.

Comunicação um-para-um: Na comunicação um-para-um, os dados são transmitidos apenas entre o remetente e o destinatário específicos, garantindo a segurança e a eficiência da comunicação direcionada. 

Comunicação por difusão: No modo de comunicação por difusão, os dados são transmitidos para todos os módulos dentro do mesmo grupo, permitindo a comunicação sincronizada multiponto . Este método de comunicação flexível é adequado para diversas topologias de rede complexas, suportando trabalho colaborativo e compartilhamento de dados entre vários dispositivos. 

Função de alcance

Configuração Mestre-Escravo (Um Mestre para Cinco Escravos): Um mestre pode medir simultaneamente a distância para até cinco dispositivos escravos. Esta configuração permite que o mestre gerencie e calcule com eficiência as distâncias para vários dispositivos escravos. 

Princípio de alcance: DS-TWR (alcance bidirecional de dupla face )  mede o tempo de ida e volta dos sinais transmitidos entre os dispositivos mestre e escravo para calcular com precisão a distância. O mestre envia um sinal, o escravo responde e o mestre calcula a distância real medindo o tempo de ida e volta do sinal. Este método fornece alcance de alta precisão, tornando-o adequado para aplicações de posicionamento e rastreamento.

Método de posicionamento plano de três pontos: Ao medir as distâncias entre o alvo e três pontos de referência conhecidos, o posicionamento preciso é calculado usando os princípios da triangulação.

Distância de alcance: Suporta uma distância máxima de comunicação de 1 quilômetro, com cada processo de alcance levando aproximadamente 25 milissegundos .

Função de posicionamento

Estações Base e Tags: Suporta o emparelhamento de uma tag com três estações base, gerenciando até trinta tags. Todas as tags podem se comunicar com essas três estações base. 

Recursos adicionais

O sistema suporta atualizações através da porta serial e permite a configuração de vários parâmetros para ajustar as configurações de acordo com necessidades específicas.

Comparação de soluções de posicionamento

Existem vários métodos de posicionamento comuns usados ​​no posicionamento UWB: Diferença de Tempo de Chegada (TDOA), intervalo de Tempo de Voo (TOF) e Ângulo de Chegada (AOA). Os dois primeiros métodos normalmente podem ser usados ​​de forma independente, enquanto o AOA é geralmente combinado com TOF ou TDOA para posicionamento integrado.

O posicionamento TOA (Time of Arrival) é um método crucial na tecnologia UWB. Ele calcula a distância medindo o tempo que um sinal sem fio leva para viajar do transmissor ao receptor, alcançando assim o posicionamento. TOA oferece altíssima precisão de posicionamento e possui forte resistência a interferências. 

TDOA (Time Difference of Arrival) é um método de posicionamento baseado na diferença nos tempos de chegada dos sinais. O sistema requer sincronização de tempo precisa, com precisão extremamente alta. Isto impõe exigências muito elevadas ao hardware, aumentando a complexidade da manutenção e instalação da rede, o que, por sua vez, aumenta os custos.

O posicionamento AOA (Ângulo de Chegada) normalmente calcula o ângulo de chegada com base na diferença de fase dos sinais. Geralmente não é usado de forma independente. Como o AOA envolve resolução angular, quanto maior a distância da estação base, menor será a precisão do posicionamento se o AOA for usado sozinho.

O posicionamento TOF (Time of Flight) é baseado em alcance, onde a etiqueta inicia medições de distância com cada estação base que precisa ser localizada. Depois de concluir o processo de variação, a posição é calculada.