待补充 lab11/polypoint

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项目简介

Indoor localization based on the DecaWave DW1000.


PolyPoint是一个面向室内定位场景的开源硬件与软件系统,核心功能是利用超宽带(UWB)射频飞行时间测距技术实现高精度的室内位置追踪。该项目由lab11团队开发,其名称源于原型设计中大量使用的多边形几何形状,寓意系统能够像几何定位一样精准地“ pinpoint”用户位置。PolyPoint的核心硬件是TriPoint模块,这是一个边长仅1.25英寸的三角形电路板,集成了DecaWave DW1000 UWB射频芯片、STM32F031G6U6微控制器以及射频开关。TriPoint模块采用城堡形焊盘设计,可以像普通IC一样直接焊接在载板上,通过I2C接口提供节点间的测距数据。围绕TriPoint,项目提供了TriTag和TriDev两种载板:TriTag专为标签端设计,集成了三个UWB天线、nRF51822蓝牙低功耗(BLE)射频芯片和锂电池充电电路,能够与智能手机直接通信;TriDev则作为调试开发板,增加了FTDI芯片以便通过USB发送I2C命令。在软件层面,PolyPoint构建了从固件到手机应用的多层架构:TriPoint固件实现了基于双向飞行时间的测距协议,并支持多种可运行时切换的测距算法;TriTag固件将TriPoint作为I2C设备,通过BLE服务向手机提供测距数据;/phone目录下的工具则负责与TriTag交互并读取数据。PolyPoint解决了传统室内定位方案在精度、可扩展性和鲁棒性方面的不足,尤其适用于需要高精度、低延迟定位的场景,如室内无人机导航、人员追踪、机器人定位等。该项目已产出两篇学术论文,其中SurePoint方法通过利用UWB泛洪和分集技术,进一步提升了定位的可靠性和规模。

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项目特点

**高精度室内定位**:基于 UWB 射频飞行时间测距技术,精度可达厘米级。
**小巧模块化设计**:TriPoint 模块为边长1.25英寸的三角形电路板,可像 IC 一样焊接在载板上。
**标准接口通信**:通过 I2C 接口获取节点间的测距数据,集成方便。
**开源硬件与软件**:原理图、PCB 设计文件、固件和上位机代码全部开放。
**可扩展架构**:支持多个 TriPoint 模块组网,适合不同规模的定位场景。
**低功耗微控制器**:采用 STM32F031G6U6,适合电池供电的嵌入式应用。

技术规格

核心测距芯片 DecaWave DW1000
微控制器 STM32F031G6U6 (ARM Cortex-M0)
模块尺寸 边长1.25英寸(约31.75mm)三角形
通信接口 I2C
测距技术 超宽带(UWB)飞行时间(ToF)
工作频段 3.5 GHz - 6.5 GHz(UWB)
测距精度 厘米级(典型值 ±10cm)
焊盘设计 城堡形焊盘(Castellated pads)
射频开关 集成射频开关用于天线切换

项目资源

物料清单 (BOM)

物料名称 数量 参考价格 备注
DecaWave DW1000 1 UWB 射频芯片
STM32F031G6U6 1 微控制器
电容、电阻 若干 0402/0603封装
UWB 天线 1 50Ω 匹配
排针/排母 若干 用于 I2C 接口
TriPoint 模块 PCB 1 1.25英寸三角形,4层板

3D 模型

模型名称文件名文件
板 - backplate hexagon backplate_hexagon.STL
板 - polypoint backplate hexagon polypoint_backplate_hexagon.STL
staff staff.STL
外壳 - tritag case bottom tritag_case_bottom.STL
外壳 - tritag case top tritag_case_top.STL

能力画像

**记忆与知识检索**:2/5 — 需要查阅 UWB 和 I2C 协议文档,但整体信息量不大。
**动手与操作**:4/5 — 需要焊接城堡形焊盘模块,对焊接精度有一定要求。
**编程与算法**:3/5 — 固件基于 STM32,需要 C 语言基础;上位机涉及定位算法。
**设计与建模**:2/5 — 硬件设计已有现成文件,修改需求不高。
**实验与调试**:4/5 — 需要调试 UWB 测距精度和 I2C 通信,可能涉及射频信号调试。
**协作与分享**:3/5 — 开源项目,可通过 GitHub 提交 issue 和 PR 参与改进。
**学习与研究**:4/5 — 适合学习 UWB 定位原理、嵌入式系统设计和射频硬件。
**系统集成**:3/5 — 需要将多个 TriPoint 模块组网,并集成到具体应用场景中。

所需技能

嵌入式 C 语言编程 STM32 微控制器开发 I2C 通信协议基础 电路焊接(特别是城堡形焊盘) 基本射频知识(UWB 原理) 使用 KiCad 查看/修改 PCB 调试工具使用(逻辑分析仪、示波器)

适用场景

室内机器人定位与导航
仓库/工厂内资产追踪
人员定位(如医院、展馆)
无人机室内编队飞行
增强现实(AR)空间定位
高校嵌入式系统课程实验
物联网(IoT)位置感知应用原型开发