现已开源 github:RTLS-UWB
最近做了课程设计，是 基于UWB的室内三维定位，现在大概过程整理如下：

目的和要求

1.目的

1. 实现STM32F103与DWM1000模块通信；
2. 实现UWB模块之间的TWR（双边测距）完成测距，并将距离信息发送至PC电脑；
3. 利用采集的距离信息和基站的坐标求解标签位置坐标并显示。

2.要求

1. UWB模块之间的通信距离不低于15m；
2. 在空旷环境下可以得出X，Y，Z轴坐标，其中X，Y轴坐标误差在50cm以内；
3. 标签的位置坐标显示延时不超过0.5s；

实验器材和开发环境

器材

1. 研创物联的 UWB Mini 3s Plus开发版，板载 dw1000芯片(用于UWB通讯），STM32F103T8U6芯片用于主控。

开发环境

1. keil v5 用于修改单片机代码
2. blend vs2019用于开发上位机客户端（采用 c#/.net4.8)

实验原理

采用STM32F103和UWB通信模块DWM1000组成一个设备，通过软件编写分别设置成标签或基站。在房间的四个角落布置四个基站，标签通过TWR（双边测距）方式依次完成（TDMA）与各基站之间的测距，将标签与基站的距离消息发送至PC端，利用三边定位原理求解标签的位置坐标并显示。

实验方案

大体分为四部分：设计方案、keil源代码修改与调试、定位算法的研究与实现、上位机的客户端的开发；我主要负责keil源码和上位机的开发部分。

1.总体的设计方案：

芯片选取：我们采取了研创物联的 Mini 3s Plus一体化模块，主芯片是一个中等容量的 stm32f103t8u8芯片，通讯芯片是 dw1000芯片，中间通过 spi总线进行连接，如下图：

2.测距原理

双向飞行时间法（TW-TOF, two way-time of flight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块A 的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B 在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A 在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。 S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)]/2 (C 为光速)

3.具体步骤

我们采用4个不共面的、已经标定好的基站和一个标签来实现3维室内测距，首先标签会每隔一定时间闪烁发送数据包，各个基站收到数据包后会通过双向飞行时间法来测出4个基站分别和标签的距离，并把距离数据传回A0基站，由A0基站通过usb模拟串口传输给上位机的客户端界面，上位机的客户端界面收到信息后，根据最小二乘法来计算出可能的标签坐标，在计算过程中，我们会添加一些修正参数来修正系统的天线时延，在空旷的室内环境，它是线性的。为了防止冲突和碰撞，具体的原理大概如下图：

1) keil源代码及其调试

Keil源码我们在熟读官方例程的基础上进行了一些修改

2) 定位算法的研究

整个算法我们基于最小二乘法，这是我们了解到的，比较容易实现的精度符合要求的算法，大体分为三步。 建立信标节点与未知节点距离方程组其中：（xi,yi,zi）为基站坐标；（x,y,z）为标签坐标；

方程组为非线性方程组，用方程组中前n-1个方程减去第n个方程后，得到线性化的方程： AX=b

用最小二乘法求解方程：

由于客户端采用C#/.NET开发，所以我们集成到里面，如下图：

3) 上位机客户端的开发

这是主窗体的设计图，里面包含了一个串口调试助手，包含了一些调试功能，自定义功能，和纠错功能，完美支持原厂的帧格式（只需要点一下原厂兼容就可以了）。

实验结果与分析

最后我们选择在长9.6m，宽6m的大厅进行测试，xy轴误差在20cm左右，在28m的通信距离下依旧能保持良好的准确率，符合了最初的目的。 并且制作了展示视频，如下：

客户端和相关资料下载

百度网盘(提取码：mu0r)