一种UWB定位系统论文和设计-沈林波

全文摘要

本实用新型提供了一种UWB定位系统，包括主机和多个从机，主机通过二总线与每个从机相连，以通过二总线实现对主机和每个从机的供电，并通过二总线实现主机与每个从机之间的通信。本实用新型能够大大延长定位系统中数据的传输距离，提高数据传输的稳定性，并且布线方便，成本较低。

主设计要求

1.一种UWB定位系统，其特征在于，包括：主机和多个从机，所述主机通过二总线与每个所述从机相连，以通过所述二总线实现对所述主机和每个所述从机的供电，并通过所述二总线实现所述主机与每个所述从机之间的通信。

设计方案

2.根据权利要求1所述的UWB定位系统，其特征在于，还包括上层网关或服务器，所述主机与所述上层网关或服务器进行通信连接，其中，所述主机将来自所述上层网关或服务器的数据通过所述二总线下发至每个所述从机，并通过所述二总线接收每个所述从机的数据以将每个所述从机的数据上传至所述上层网关或服务器。

3.根据权利要求1或2所述的UWB定位系统，其特征在于，所述主机包括第一接口电路，每个所述从机包括第二接口电路，所述第一接口电路与所述第二接口电路通过所述二总线相连。

4.根据权利要求3所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第一接口电路包括第一接口芯片，所述第一接口芯片与所述主机的MCU的串口相连，并通过第一连接器连接到所述二总线。

5.根据权利要求4所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第一接口电路还包括连接在所述第一接口芯片与所述第一连接器之间的电平驱动电路。

6.根据权利要求5所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第一接口电路还包括连接在所述第一接口芯片与所述第一连接器之间的第一保护电路。

7.根据权利要求6所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第二接口电路包括第二接口芯片，所述第二接口芯片与所述从机的MCU的串口相连，并通过第二连接器连接到所述二总线。

8.根据权利要求7所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第二接口电路还包括连接在所述第二接口芯片与所述第二连接器之间的整流桥。

9.根据权利要求8所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第二接口电路还包括连接在所述第二接口芯片与所述第二连接器之间的第二保护电路。

10.根据权利要求9所述的UWB定位系统，其特征在于，所述第一保护电路和所述第二保护电路均包括气体放电管、TVS管和热敏电阻。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种UWB定位系统。

背景技术

在目前的UWB（Ultra Wideband，超宽带）定位系统中，定位基站、网关和定位服务器之间大多通过双绞网线进行数据传输，有些为了布线方便可使用POE交换机实现同时供电和数据传输。但是上述方案中数据传输的距离会受到双绞网线的限制，一般来说使用双绞网线时布线距离不能够超过100米，一旦超出或者临近该长度就会导致数据传输不稳定，包括但不仅限于丢包、传输速率慢和完全没有信号等问题。

在UWB定位系统施工过程中，虽然基站和网关之间或者网关和机房之间的视距大约只有50米到80米左右，但在布线时考虑到美观和施工规范必然会有不同程度的绕线，那么就会增加网线铺设的长度，从而导致传输不稳定的情况发生。在部分定位场合中，例如开阔地带的定位，由于场地开阔，在信号覆盖全面的情况下，网线长度也很容易超过100米的限制。另外，即使传输距离没有超过100米的限制，由于场地环境复杂，有较多遮挡物导致信号覆盖欠佳，需要通过增设基站来改善，会导致成本的增加。

实用新型内容

本实用新型为解决目前UWB定位系统数据传输距离受限、数据传输稳定性差等技术问题，提供了一种UWB定位系统，能够大大延长定位系统中数据的传输距离，提高数据传输的稳定性，并且布线方便，成本较低。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种UWB定位系统，包括：主机和多个从机，所述主机通过二总线与每个所述从机相连，以通过所述二总线实现对所述主机和每个所述从机的供电，并通过所述二总线实现所述主机与每个所述从机之间的通信。

所述的UWB定位系统还包括上层网关或服务器，所述主机与所述上层网关或服务器进行通信连接，其中，所述主机将来自所述上层网关或服务器的数据通过所述二总线下发至每个所述从机，并通过所述二总线接收每个所述从机的数据以将每个所述从机的数据上传至所述上层网关或服务器。

所述主机包括第一接口电路，每个所述从机包括第二接口电路，所述第一接口电路与所述第二接口电路通过所述二总线相连。

所述第一接口电路包括第一接口芯片，所述第一接口芯片与所述主机的MCU的串口相连，并通过第一连接器连接到所述二总线。

所述第一接口电路还包括连接在所述第一接口芯片与所述第一连接器之间的电平驱动电路。

所述第一接口电路还包括连接在所述第一接口芯片与所述第一连接器之间的第一保护电路。

所述第二接口电路包括第二接口芯片，所述第二接口芯片与所述从机的MCU的串口相连，并通过第二连接器连接到所述二总线。

所述第二接口电路还包括连接在所述第二接口芯片与所述第二连接器之间的整流桥。

所述第二接口电路还包括连接在所述第二接口芯片与所述第二连接器之间的第二保护电路。

所述第一保护电路和所述第二保护电路均包括气体放电管、TVS管和热敏电阻。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的UWB定位系统，其主机通过二总线与每个从机相连，以通过二总线实现对主机和每个从机的供电，并通过二总线实现主机与每个从机之间的通信，由此，能够大大延长定位系统中数据的传输距离，提高数据传输的稳定性，并且布线方便，成本较低。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的UWB定位系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例的第一接口电路的拓扑图；

图3为本实用新型一个实施例的第二接口电路的拓扑图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的UWB定位系统，包括主机10和多个从机20，主机10通过二总线与每个从机20相连，以通过二总线实现对主机10和每个从机20的供电，并通过二总线实现主机10与每个从机20之间的通信。

进一步地，如图1所示，本实用新型的UWB定位系统还可包括上层网关或服务器30，主机10与上层网关或服务器30进行通信连接，其中，主机10可将来自上层网关或服务器30的数据通过二总线下发至每个从机20，并通过二总线接收每个从机20的数据以将每个从机20的数据上传至上层网关或服务器30。

在本实用新型的一个实施例中，主机10包括第一接口电路，每个从机20包括第二接口电路，第一接口电路与第二接口电路通过二总线相连。

进一步地，第一接口电路包括第一接口芯片，第一接口芯片与主机10的MCU的串口相连，并通过第一连接器连接到二总线，第一接口电路还包括连接在第一接口芯片与第一连接器之间的电平驱动电路和第一保护电路。第二接口电路包括第二接口芯片，第二接口芯片与从机20的MCU的串口相连，并通过第二连接器连接到二总线，第二接口电路还包括连接在第二接口芯片与第二连接器之间的整流桥和第二保护电路。

在本实用新型的一个实施例中，第一接口芯片的型号可以为但不限于TC100B、PB620，第二接口芯片的型号可以为但不限于TC001B、PB331。

下面以第一接口芯片为TC100B、第二接口芯片为TC001B为例详细说明本实用新型的第一接口电路和第二接口电路。

如图2所示，TC100B的TXD、RXD引脚可分别通过电阻R12、R14连接到主机MCU的串口。电平驱动电路包括MOS管Q1和Q2，MOS管Q1的漏极通过并接的二极管D4和电感L1、并联的电阻R6~R9以及熔断器F1连接到24V电源VCC，MOS管Q1的栅极通过电阻R16连接到TC100B的BUSH引脚，MOS管Q1的源极与MOS管Q2的漏极之间具有第一节点，TC100B的REVIN引脚和VDET引脚分别通过二极管D6和电阻R17连接到该第一节点。MOS管Q2的栅极通过电阻R18连接到TC100B的BUSL引脚，MOS管Q2的源极通过并联的电阻R19和R20接地。第一保护电路包括气体放电管TV2、TVS管D9和热敏电阻R1，气体放电管TV2的两端接型号为2EDG-2P的第一连接器P2的两端，热敏电阻R1的一端与第一连接器P2的一端相连，另一端与TVS管D9的阴极相连，TVS管D9的阳极与第一连接器P2的另一端相连。另外，第一接口电路还可包括共模电感L2，其四端分别连接到上述的第一节点、接地端、TVS管D9的阳极和阴极。

基于上述第一接口电路，第一连接器P2两端分别接二总线的两根导线，从机20通过二总线传输的数据由第一连接器P2进入TC100B，经过解调后，数据由RXD引脚输出至主机10的MCU，完成数据的接收；主机10的MCU需要发送数据时，由TXD引脚将需要发送的数据传输给TC100B，经过调制以后，将调制后的信号经由第一连接器P2加载到二总线上。当TXD发送高电平时，由BUSH引脚驱动MOS管Q1在二总线上输出高电平；当TXD发送低电平时，由BUSL引脚驱动MOS管Q2在二总线上输出低电平。当发生雷击浪涌时，浪涌经由二总线进入第一连接器P2，能量可先由气体放电管TV2进行吸收，然后残留能量流入后级由TVS管D9二次吸收，实现雷电的有效防护。热敏电阻R1作用为一级防护和二级防护的退耦，使浪涌先作用于气体放电管然后再作用于TVS管，从而有效实现二级防护。

如图3所示，TC001B的TXD、RXD引脚可分别通过电阻R4、R5连接到从机MCU的串口。整流桥可为MB6S集成整流桥，其直流正极端连接到TC001B的SIN引脚，直流负极端接地。第二保护电路包括气体放电管TV1、TVS管D2和热敏电阻R2，气体放电管TV1的两端接型号为2EDG-2P的第二连接器P1的两端，热敏电阻R2的一端与第二连接器P1的一端相连，另一端与TVS管D2的阴极相连，TVS管D2的阳极与第二连接器P1的另一端相连，TVS管D2的两极还分别连接到整流桥的交流两端。另外，第二接口电路还可包括Y电容C3和C4，分别连接在整流桥的交流一端和接地端之间、整流桥的交流另一端和接地端之间。整流桥的交流两端最终连接至二总线，收发交流信号，因而二总线无极性，能够避免错接线缆。

基于上述第二接口电路，第二连接器P1两端分别接二总线的两根导线，主机10通过二总线传输的数据由第二连接器P1进入TC001B的SIN引脚，解调后由RXD引脚输出TTL信号给从机20的MCU；从机20的MCU需要发送数据时，从机20的MCU的TTL信号由TXD引脚输入TC001B，经过调制以后，将调制后的信号经由第二连接器P1加载到二总线上。当发生雷击浪涌时，浪涌经由二总线进入第二连接器P1，能量可先由气体放电管TV1进行吸收，然后残留能量流入后级由TVS管D2二次吸收，实现雷电的有效防护。热敏电阻R2作用为一级防护和二级防护的退耦，使浪涌先作用于气体放电管然后再作用于TVS管，从而有效实现二级防护。

此外，在本实用新型的一个实施例中，主机10可以将接收到的数据通过接口转换的方式变成以太网口、485接口、无线收发接口等不同的通信方式，以满足不同的通信拓扑结构。

根据本实用新型的UWB定位系统，其主机通过二总线与每个从机相连，以通过二总线实现对主机和每个从机的供电，并通过二总线实现主机与每个从机之间的通信，由此，能够大大延长定位系统中数据的传输距离，提高数据传输的稳定性，并且布线方便，成本较低。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

设计图

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