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20 分钟

体验DWM1000和STM32G431RB带来的突破性UWB技术

每一厘米都至关重要

UWB Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

UWB Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

我们的超宽带 (UWB) 收发器在双向测距和到达时间差 (TDOA) 系统中设立了新的标准,确保10厘米的精度,适用于室内定位、资产管理等应用。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

UWB Click 基于 Qorvo 的 DWM1000,这是一款符合 UWB 标准的无线收发模块。模块上集成了射频组件、Qorvo UWB 收发器和其他组件。DWM1000 使 UWB 通信和测距功能的集成变得经济高效且复杂度降低,大大加快了设计实现速度。该模块使实时定位系统 (RTLS) 中的对象定位精度达到室内 10cm,数据传输速率高达 6.8 Mbps,得益于相干接收器技术,通信范围可达 300m。模块包含一个板载的 38.4 MHz 参考晶体,在生产过程中已修剪,以使用收发器的内部芯片晶体修剪电路将初始频率误差降低到约 2 ppm。DWM1000 模块通过标准 SPI 串行接口与 MCU 通信,最大 SPI 频率为 20 MHz。该模块还具有多个 GPIO 引脚,其中两个用于驱动 LED 指示灯,通知用户

使用的收发器配置(TX 或 RX)。此外,它具有复位和中断引脚,连接到 mikroBUS™ 的 INT 和 RST 引脚。当电源接通 DWM1000 时,作为其上电序列的一部分,内部电路将 RST 引脚拉低。RST 保持低电平,直到模块上的晶体振荡器上电并且其输出适用于设备的其余部分,此时 RST 变为高电平。RST 引脚也可以用作输出,在加电时重置外部电路,作为系统启动的一部分。Always-On (AON) 存储器可用于在芯片电压调节器禁用时保留 DWM1000 配置数据的最低功耗操作状态下。根据最终使用的应用程序和系统设计,可能需要调整 DWM1000 设置。为了帮助进行这种调整,可以启用几种内置功能,例如连续波 TX 和连续包传输。为了最大化范围,DWM1000

 的发射功率谱密度 (PSD) 应设置为将在其使用的地理区域内允许的最大值。由于模块包含集成天线,发射功率只能通过空中测量。DWM1000 提供了调整发射功率的功能,这些调整可用于在符合法规光谱掩模的同时最大化发射功率。此 Click board™ 使用 SPI 通信接口。它设计为仅在 3.3V 逻辑电平下运行。在将 Click board™ 用于 5V 逻辑电平的 MCU 之前,应进行适当的逻辑电压电平转换。有关 DWM1000 功能、电气规格和典型性能的更多信息,请参阅附带的数据手册。然而,该 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和用法示例的库,可以用作开发的参考。

UWB Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

UWB Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 UWB Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • uwb_set_mode - 此功能设置设备的工作模式。

  • uwb_get_transmit_status - 此功能获取传输状态。

  • uwb_start_transceiver - 此功能启动设备通信。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Uwb Click example
 * 
 * # Description
 * UWB Click sends and receive data, depending on the selected device mode.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and configures the Click board for the selected mode.
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the selected mode, it reads all the received data or sends the desired message
 * every 2 seconds.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "uwb.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static uwb_t uwb;
static log_t logger;

// Device mode setter - selects the module working mode RX(receiver)/TX(transmitter)
static uint8_t dev_mode = UWB_MODE_TX;

// Transmit buffers
static uint8_t data_tx_1[ 7 ] = "MikroE";
static uint8_t data_tx_2[ 10 ] = "UWB Click";

// Transmit length read var
static uint16_t temp_len = 0;

// Recieved data buffer
static uint8_t transmit_data[ 256 ] = { 0 };

// Dev_status var
static uint8_t dev_status = { 0 };

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    uwb_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    // Click initialization.
    uwb_cfg_setup( &cfg );
    UWB_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    uwb_init( &uwb, &cfg );
    Delay_ms ( 100 );
    
    uwb_enable ( &uwb );
    Delay_ms ( 100 );
    
    uint8_t id_raw[ 4 ] = { 0 };
    uwb.offset = UWB_SUB_NO;                               
    uwb_generic_read( &uwb, UWB_REG_DEV_ID, &id_raw[ 0 ], 4 );
                                 
    uint16_t tag_data = ( ( uint16_t ) id_raw[ 3 ] << 8 ) | id_raw[ 2 ];
    
    if ( UWB_TAG != tag_data )
    {
        log_printf( &logger, " ***** ERROR ***** \r\n" );
        for ( ; ; );
    }
    
    uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
    
    //-----------------------------------------------------
    
    // Setting device mode and interrupt for that mode as well as clearing dev_status reg.
    uwb_set_mode( &uwb, dev_mode );
    uwb_int_mask_set( &uwb );
    uwb_clear_status( &uwb );

    // Setting device address and network ID
    log_printf( &logger, " ******************** \r\n" );
    if ( UWB_MODE_RX == dev_mode )
    {
        uwb_set_dev_adr_n_network_id( &uwb, 6, 10 );
        log_printf( &logger, " ***** RECEIVER ***** \r\n" );
    }
    else if ( UWB_MODE_TX == dev_mode )
    {
        uwb_set_dev_adr_n_network_id( &uwb, 5, 10 );
        log_printf( &logger, " **** TRANSMITER **** \r\n" );
    }
    log_printf( &logger, " ******************** \r\n" );
    
    Delay_ms ( 100 );

    // Setting default configuartion and tuning device for that configuration
    uwb_use_smart_power( &uwb, UWB_LOW );
    uwb_frame_check( UWB_LOW );
    uwb_frame_filter( &uwb, UWB_LOW );
    uwb_set_transmit_type( &uwb, &UWB_TMODE_LONGDATA_RANGE_LOWPOWER[ 0 ] );
    uwb_set_channel( &uwb, UWB_CHANNEL_5 );
    uwb_tune_config( &uwb );

    Delay_ms ( 100 );
    
    if ( UWB_MODE_RX == dev_mode )
    {
        // Setup for first receive
        uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
        uwb_set_bit ( &uwb, UWB_REG_SYS_CFG, 29, UWB_HIGH );
        uwb_set_bit ( &uwb, UWB_REG_SYS_CFG, 30, UWB_HIGH );
        uwb_set_bit ( &uwb, UWB_REG_SYS_CFG, 31, UWB_HIGH );
        uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_RX );
        uwb_clear_status( &uwb );
        uwb_start_transceiver( &uwb );
    }
    else if ( UWB_MODE_TX == dev_mode )
    {
        // Setup for first transmit
        uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
        uwb_clear_status( &uwb );
        uwb_set_transmit( &uwb, &data_tx_1[ 0 ], 6 );
        uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_TX );
        uwb_start_transceiver( &uwb );
        log_printf( &logger, " - Transmit 1 done - \r\n" );
    }

    log_printf( &logger, " ***** APP TASK ***** \r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

void application_task ( void )
{
    dev_status = uwb_get_qint_pin_status( &uwb );

    if ( UWB_MODE_RX == dev_mode )
    {
        if ( dev_status )
        {
            // Reading transmitted data, logs it and resetting to receive mode
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
            uwb_clear_status( &uwb );
            temp_len = uwb_get_transmit_len( &uwb );
            uwb_get_transmit( &uwb, &transmit_data[ 0 ], temp_len );
            log_printf( &logger, "Received data: %s\r\n", transmit_data );
            log_printf( &logger, " - Receive done - \r\n" );
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_RX );
            uwb_start_transceiver( &uwb );
        }
    }
    else if ( UWB_MODE_TX == dev_mode )
    {
        if ( dev_status )
        {
            // Transmits data, resetting to transmit mode and sets 2sec delay
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
            uwb_clear_status( &uwb );
            uwb_set_transmit( &uwb, &data_tx_2[ 0 ], 9 );
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_TX );
            uwb_start_transceiver( &uwb );
            log_printf( &logger, " - Transmit 2 done - \r\n" );
            Delay_ms ( 1000 );
            Delay_ms ( 1000 );
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_IDLE );
            uwb_clear_status( &uwb );
            uwb_set_transmit( &uwb, &data_tx_1[ 0 ], 6 );
            uwb_set_mode( &uwb, UWB_MODE_TX );
            uwb_start_transceiver( &uwb );
            log_printf( &logger, " - Transmit 1 done - \r\n" );
            Delay_ms ( 1000 );
            Delay_ms ( 1000 );
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}


// ------------------------------------------------------------------------ END

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