基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统，其特征在于它包括PC端、协调器、路由节点和数据采集节点，其中：多个数据采集节点通过超宽带UWB连接路由器，路由器通过超宽带UWB连接协调器，协调器通过光纤以太网通信连接PC端。本申请采用“无线通信+光纤传输”的方案将非常方便的将人工操作解放，做到采集节点只要上电通信就可无需外界干预的情况下将各节点的数据传输汇总到上位电脑数据库中。据库中。据库中。

【技术实现步骤摘要】
基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统


[0001]本技术属于通信领域，尤其是一种基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统。

技术介绍

[0002]本申请技术背景为大规模采集节点(节点数目为数千个/最大可达上万节点)进行数据回传与汇总，传统的方案是有线方式这就会造成有线传输硬件规模巨大、人工操作极其繁琐，自然使用成本大幅上升。
[0003]简单介绍UWB技术
[0004]UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很大，尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号，美国联邦通信委员会(FCC)对UWB技术的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。
[0005]由于UWB技术具有数据传输速率高(达1Gbit/s)、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获率低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点，UWB技术成为无线个人局域网通信技术(WPAN)的重要技术。
[0006]UWB技术具有实时定位和精确定位的双重优势，并且定位的延迟时间远远小于蓝牙、WiFi等其他室内定位技术，定位精度可以达到10cm左右，也是高于其他定位技术的。
[0007]UWB定位技术的缺陷在于需要固定的定位网络，并且在任何位置点都需要三个定位锚点的支持，因为uwb的定位算法基于三点定位，如果锚点数量减少，定位精度也会受影响，这也导致uwb定位的成本也是高于其他技术的。
[0008]采用UWB技术在勘探领域，可在室内无接触方式大规模数据高速下载，无需数据下载柜使用，结合服务器光纤传输的宽带数据下载和大容量存储能力，将会极大的提升勘探数据下载效率。

技术实现思路

[0009]技术方案：
[0010]一种基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统，它包括PC端、协调器、路由节点和数据采集节点，其中：多个数据采集节点通过超宽带UWB连接路由器，路由器通过超宽带UWB连接协调器，协调器通过光纤以太网通信连接PC端。
[0011]优选的，所述协调器、路由节点和数据采集节点的内部采用SPI通信。
[0012]优选的，所述数据采集节点为10个，分别放置于不同的位置；设置多个路由器作为路由器节点，以汇聚不同数据采集节点的信息到协调器。
[0013]优选的，所述数据采集节点包括供电电路、UWB
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1000模块、ARM
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CM3模块和时钟电路，供电电路连接UWB
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1000模块、ARM
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CM3模块提供电能；UWB
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1000模块与ARM
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CM3模块采用SPI通信；时钟电路连接ARM
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CM3模块提供时钟信号。
[0014]优选的，所述协调器包括供电电路、UWB
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1000模块、ARM
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CM4模块和时钟电路，供电电路连接UWB
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1000模块、ARM
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CM3模块提供电能；UWB
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1000模块与ARM
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CM4模块采用SPI通信；时钟电路连接ARM
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CM3模块提供时钟信号；ARM
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CM4模块通过光纤以太网通信连接PC端。
[0015]优选的，所述数据采集节点距离路由节点的距离不超过10米。
[0016]本技术的有益效果
[0017]采用本系统进行数据采集，光纤总线通信速率不小于400Mb/s，实现了批量地震数据无接触高速下载，采用无线载波通信技术抗多径干扰能力强，简化施工流程，提高数据下载效率。
[0018]采用“无线通信+光纤传输”的方案将非常方便的将人工操作解放，做到采集节点只要上电通信就可无需外界干预的情况下将各节点的数据传输汇总到上位电脑数据库中。
[0019]UWB无线通信的理论传输速率可达480Mbps，但受限于SPI通信速率的限制，依然能够达到6.8Mbps，这个速率比蓝牙等无线模块的传输速率更快。
[0020]UWB通信模块采用UWB
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1000模块可以通过控制相关寄存器实现工作状态的切换，采用SPI总线与主控芯片接口速率最高达20MHz具有很好的抗多径干扰能力，非常适合室内复杂环境的应用。
[0021]UWB
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1000模块为组网工作提供便利，对于多路径衰弱有更强的抗干扰能力，在高衰弱环境下也可以进行可靠的通信，且功耗很低。
附图说明
[0022]图1为系统框图
[0023]图2为实施例中数据采集节点布置示意图
[0024]图3为数据采集节点电路框图
[0025]图4为协调器电路框图
[0026]图5为UWB组网测试示意图
具体实施方式
[0027]下面结合实施例对本技术作进一步说明，但本技术的保护范围不限于此：
[0028]结合图1，本系统从功能上划分为PC端、协调器、路由节点和数据采集节点四部分，N个数据采集节点采集不同的数据，通过UWB方式实现和路由节点的通信，将采集的数据传输到路由节点，路由节点采取同样的方式将数据信息传递到协调器。协调器处理完成后以光纤网络通信的方式传递到达PC端，实现数据采集功能。
[0029]优选的实施例中，各模块基本信息见表1：
[0030]系统模块信息表
[0031][0032]在一个具体实施方式中，结合图2，根据无线网络的功能设计了包括组网协调器、路由节点、数据采集终端节点和监控上位机总体方案，分析确定了以树状网络为拓扑结构的网络结构。其中10个数据采集节点分别放置于不同的位置，采集相关的数据信息。由于两个节点间的UWB通信距离有限，需要增加路由器节点已达到远距离中继的目的，路由器节点汇聚不同数据采集节点的信息到协调器，协调器分析处理采集的数据并通过光纤以太网通信方式上传到PC端，实现数据采集的目标。
[0033]硬件设计中，本系统的的数据采集节点、路由器、协调器呈树状网络节点分布，在很大程度上依赖于协调器的处理能力，因此协调器的主处理器选择计算力更强，系统时钟频率更高的STMF4系列芯片，硬件设计方案见图4。路由器节点和末端的数据采集节点数据量相对较小，则采取运算能力相对弱一些的STM32F1系列芯片，硬件设计方案见图3。
[0034]结合图3，数据采集节点采用DecaWave公司的UWB
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1000模块作为UWB的发送和接收，该模块集成了DW1000芯片、天线、电源管理和时钟控制于一体，为组网工作提供便利，对于多路径衰弱有更强的抗干扰能力，在高衰弱环境下也可以进行可靠的通信，且功耗很低。
[0035]数据采集节点可行性试验：
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB超宽带通信的多点数据采集系统，其特征在于它包括PC端、协调器、路由节点和数据采集节点，其中：多个数据采集节点通过超宽带UWB连接路由器，路由器通过超宽带UWB连接协调器，协调器通过光纤以太网通信连接PC端。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述协调器、路由节点和数据采集节点的内部采用SPI通信。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述数据采集节点为10个，分别放置于不同的位置；设置多个路由器作为路由器节点，以汇聚不同数据采集节点的信息到协调器。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述数据采集节点包括供电电路、UWB
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1000模块、ARM
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CM3模块和时钟电路，供电电路连接UWB
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1000模块、ARM
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CM3模块提供电能；UWB
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴学兵，李广辉，高翀，瞿婉洁，付淼星，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：新型
国别省市：