一种基于UWB的串口数据无线转发构架及方法与流程

本发明涉及无线通信领域，具体为一种基于uwb的串口数据无线转发构架及方法。

背景技术：

1、在现有技术中的通信技术领域，串口收发接口普遍用于数据测试系统和传感采集系统，现有用户设备间中的有线串口通信中，典型的串口数据传输主要靠地线、发送、接收三根有线线缆来完成，这种设计存在以下缺陷，有线线缆的使用存在老化、反接、驱动能力不足、依靠繁杂接插件穿舱连接的缺点。

2、uwb(超宽带)是一种无线传输技术，通过利用无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。uwb作为一种新型短距离高速无线通信技术具备抗多径能力强、高速率、难检测、低功耗、低成本等技术优势，能穿透多层障碍物进行传输可避免设计冗余接插件，在测距和定位方面的应用越来越广泛，是替代有线线缆的一种短距离无线通信技术，尤其是测距定位能力在现有物联网领域应用成熟。

3、现有的uwb人机交互通过串口指令执行，uwb主节点执行大量算法和握手协议再通过串口打印距离信息和定位信息给用户设备，涉及的是单个uwb主节点与用户设备的串口信息交互，没有建立用户设备间的串口信息直接通信快速链路。

4、如果串口直接加上uwb无线传输来实现无线转发，存在延迟、可靠性低的缺点，限制uwb串口数据无线转发替代有线线缆的应用场景。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在延迟、可靠性低以及适用性低的问题，本发明提供一种基于uwb的串口数据无线转发构架及方法；无需复杂的有线线缆和接插件，可实现串口数据稳定的无线传输。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于uwb的串口数据无线转发构架，包括串口发送器、串口转换模块、uwb发射机、uwb接收机及串口接收器，

4、所述串口转换模块将串口发送器发送的信号转换为uart信号，并将uart信号发送给uwb发射机；

5、所述uwb发射机将uart信号调制为超宽带信号，并将信号传输给uwb接收机；

6、所述uwb发射机接收信号后，输出uart信号，并发送至串口接收器

7、其中，所述uwb发射机中包括高速转送模块，所述uwb接收机中包括高速接收模块。

8、进一步的，所述高速转送模块包括串口中断模块、dma通道和高速spi，所述串口中断模块、dma通道和高速spi依次连接设置。

9、进一步的，所述高速接收模块包括高速spi，所述uwb发射机和uwb接收机之间通过高速spi通信。

10、进一步的，所述uwb发射机与uwb接收机采用ieee802.11.54无线通讯协议

11、一种基于uwb的串口数据无线转发方法，该方法包括以下步骤：

12、对uwb发射机和uwb接收机进行初始化处理，并配置相应参数；

13、通过uwb接收机监听是否收到数据链中正确数据帧；

14、如果uwb接收机接收到正确数据帧，对前导码和sfd进行检测；

15、如果检测到前导码和sfd，则将数据转换输出为uart数据，并发送至串口接收器。

16、进一步的，uwb发射机中的串口中断模块包括中断服务函数，所述中断服务函数完成uart数据的获取、转换和射频发送。

17、进一步的，当uwb发射机中接收到uart信号，uwb发射机触发串口中断服务函数；

18、通过dma通道和高速spi实现uart信号的高速转送；

19、通过uwb接收机的高速spi实现高速接收信号，并输出uart信号给串口接收器。

20、进一步的，如果uwb接收机没有接收到正确数据帧，则继续监听。

21、进一步的，如果没有检测到前导码和sfd，则返回，对数据帧继续监听。

22、进一步的，在uwb发射机接收信号之前，通过串口转换模块将不同的串口通信数据转换为uwb发射机规定的uart信号；

23、所述uwb发射机将uart信号调制为超宽带信号；

24、uwb接收机接收到uwb发射机发出的信号之后，uwb接收机输出uart信号，并发送至串口接收器。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

26、本发明提出一种基于uwb的串口无线收发的架构，传统的有线方式即串口发射器通过有线线缆将数据传递给串口接收器，存在延迟、可靠性低以及适用性低的问题，本发明提供的技术方案，能够有效解决上述问题，同时，具有传输实时性高，通过uwb串口数据直接转发方法减去不必要的握手协议和算法，基于uwb串口中断、uwb前导码监听机制、串口直接转发软件可以实现串口数据透传、强实时、无缆化的应用需求。

27、进一步的，通过采用串口dma中断方式、高速spi方式提升数据搬移的效率，通过串口中断、dma通道和高速spi的构架设置，能够显著提升数据搬移的效率。

28、进一步的，本发明基于uwb设置，通过uwb能穿透各类基板、墙体、土地、水体等障碍物，在舱段间和障碍物间串口通信无需有线线缆和接插件，同时在液体环境传输可靠性高，能够有效提高传输效率，且方便实施。

29、进一步的，通过使用串口中断和uwb无线信道建立稳定的空中数据链路，实现串口数据的无线转发，能有效解决线缆老化、反接、长距离驱动能力不足的缺点，同时具有穿透多个密闭空间进行传输的能力可避免设计冗余接插件，降低了线缆返修风险和设计复杂度，通过实现基于uwb的串口数据无线转发设计达到数据传输的无缆化、强实时、轻量化、高可靠的技术目的。

30、在本发明提供的一种基于uwb的串口数据无线转发方法中，uwb发射机将编码数据应用到模拟脉冲发生器生成发送脉冲串，然后脉冲串由双平衡混频器上变频到ieee802.15.4标准中规定的超宽带信道，最后经过功放后通过外部天线传输。射频接收前端在低噪声放大器中放大接收到的信号，然后将其直接下变频到基带，基带信号被解调，产生的接收数据通过spi提供给uwb主机控制器。

技术特征：

1.一种基于uwb的串口数据无线转发构架，其特征在于，包括串口发送器、串口转换模块、uwb发射机、uwb接收机及串口接收器，

2.根据权利要求1所述的一种基于uwb的串口数据无线转发构架，其特征在于，所述高速转送模块包括串口中断模块、dma通道和高速spi，所述串口中断模块、dma通道和高速spi依次连接设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于uwb的串口数据无线转发构架，其特征在于，所述高速接收模块包括高速spi，所述uwb发射机和uwb接收机之间通过高速spi通信。

4.根据权利要求1所述的一种基于uwb的串口数据无线转发构架，其特征在于，所述uwb发射机与uwb接收机采用ieee802.11.54无线通讯协议。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，uwb发射机中的串口中断模块包括中断服务函数，所述中断服务函数完成uart数据的获取、转换和射频发送。

7.根据权利要求5所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，当uwb发射机中接收到uart信号，uwb发射机触发串口中断服务函数；

8.根据权利要求5所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，如果uwb接收机没有接收到正确数据帧，则继续监听。

9.根据权利要求5所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，如果没有检测到前导码和sfd，则返回，对数据帧继续监听。

10.根据权利要求5所述的一种基于uwb的串口数据无线转发方法，其特征在于，在uwb发射机接收信号之前，通过串口转换模块将不同的串口通信数据转换为uwb发射机规定的uart信号；

技术总结
本发明公开了一种基于UWB的串口数据无线转发构架及方法，包括串口发送器、串口转换模块、UWB发射机、UWB接收机及串口接收器，所述串口转换模块将串口发送器发送的信号转换为UART信号，并将UART信号发送给UWB发射机；所述UWB发射机将UART信号调制为超宽带信号，并将信号传输给UWB接收机；所述UWB发射机接收信号后，输出UART信号，并发送至串口接收器其中，所述UWB发射机中包括高速转送模块，所述UWB接收机中包括高速接收模块。通过对UWB发射机和UWB接收机进行初始化处理，并配置相应参数；通过UWB接收机监听是否收到数据链中正确数据帧；如果UWB接收机接收到正确数据帧，对前导码和SFD进行检测；如果检测到前导码和SFD，则将数据转换输出为UART数据，并发送至串口接收器。

技术研发人员：陈皓,胡玉龙,唐艺菁
受保护的技术使用者：西安微电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12