Analyse approfondie du module UWB650 (partie 2) : Maîtriser les fonctions principales : configuration et utilisation

Ce chapitre constitue un guide pratique complet, présentant de manière systématique la configuration et l'utilisation du module UWB650 grâce à son jeu de commandes AT. Il couvre les trois fonctions principales (transmission de données, télémétrie haute précision et positionnement en temps réel) et fournit des procédures opérationnelles claires aux ingénieurs, accompagnées d'exemples de commandes tirés de la documentation.

Interface de commande AT : structure et protocole

La configuration et le fonctionnement du module UWB650 s'effectuent via des commandes AT série. Ces commandes suivent un format fixe, commençant par le préfixe UWBRFATet se terminant par un retour chariot et un saut de ligne . Les réponses du module suivent un format similaire, commençant et se terminant par .

Lors de l'interaction avec les commandes, le module utilise un temporisateur interne d'environ 5 ms pour déterminer si la réception des données série est terminée. Le respect de ce délai est crucial pour l'écriture de scripts de contrôle automatisés stables et fiables, car il prévient efficacement les erreurs d'analyse ou les pertes dues à un envoi trop rapide des commandes.

Transmission de données : point à point, diffusion et fiabilité améliorée

Le module offre des capacités de transmission de données flexibles et riches en fonctionnalités, prenant en charge divers modes de communication et mécanismes d'amélioration.

Adressage réseau et routage des données

• Identification de l'appareil : Chaque module UWB650 est identifié de manière unique sur le réseau par un identifiant PAN (identifiant de réseau personnel) de 16 bits et une adresse de 16 bits. La communication n'est possible qu'entre modules possédant le même identifiant PAN, et tous les modules d'un même identifiant PAN doivent posséder une adresse unique. Ces deux paramètres peuvent être configurés à l'aide de la commande.UWBRFAT+DEVICEID=,

• Cible des données : LeUWBRFAT+TXTARGET=

  La commande permet de définir l'adresse de destination pour la transmission des données. Lorsque

  est une adresse de périphérique spécifique, le module engagera une communication point à point. Lorsque

  est défini sur 0xFFFF, le module transmettra les données en mode diffusion et tous les modules avec le même ID PAN dans le réseau pourront les recevoir.

Mécanismes de fiabilité et de sécurité

• Évaluation du canal clair (CCA) : La fonction CCA peut être activée avec UWBRFAT+CCAENABLE=1. Lorsqu'elle est activée, le module vérifie si le canal est inactif avant d'envoyer des données. Si le canal est occupé, le module interrompt la transmission et retourne CCA FAILUREvia le port série. Dans les environnements UWB à déploiement dense, cette fonction est un moyen efficace d'éviter les collisions de données et d'améliorer les taux de réussite des communications.

• Accusé de réception automatique (ACK) : La fonction d'accusé de réception automatique peut être activée avec UWBRFAT+ACKENABLE=1. Lorsqu'elle est activée, les trames de données unicast envoyées par le module incluent une requête ACK. Dès réception des données, le destinataire répond automatiquement par une trame ACK. Si l'expéditeur reçoit l'ACK dans le délai spécifié, le port série renvoieACK DETECTED ; en cas d'expiration, il renvoie ACK WAIT TIMEOUT. Cette fonctionnalité fournit un mécanisme de confirmation de couche liaison pour les applications nécessitant une transmission fiable des données.

• Chiffrement des données (AES-128) : Le chiffrement AES-128 peut être activé via la commande. Lorsqu'il est activé, la partie « Charge utile de la trame » du paquet de données transmis est chiffrée. Il est à noter que le chiffrement ajoute 16 octets de surcharge, ce qui réduit la longueur maximale d'un paquet de données transmis par un utilisateur de 1 012 octets à 996 octets. Il s'agit d'un compromis évident entre sécurité et débit.UWBRFAT+SECURITY=,

Gestion de l'alimentation

• Réception Sniff (SNIFF) : Pour les appareils sensibles à l'énergie et fonctionnant sur batterie, le mode SNIFF peut être activé via la UWBRFAT+SNIFFEN=1commande. Dans ce mode, le récepteur du module fonctionne avec un rapport cyclique d'environ 50 % (16 µs activé, 16 µs désactivé), réduisant ainsi considérablement le courant de réception d'environ 100 mA à 65 mA. Le compromis est la perte potentielle de certains paquets de données. Il s'agit d'un compromis courant entre consommation d'énergie et performances.

Performances de transmission

Grâce à la puissante mémoire tampon d'émission-réception de 1 023 octets de la puce DW3000, compte tenu de la longueur fixe des trames de données, un utilisateur peut transmettre jusqu'à 1 023 - 11 = 1 012 octets de données utiles de trame par paquet. Comme l'émetteur sans fil commence à émettre après avoir reçu une certaine quantité de données du terminal ou après un certain temps d'attente sans nouvelles données, et que la transmission hertzienne prend également du temps, il existe un certain délai entre l'émetteur et le récepteur. Dans les mêmes conditions, ce délai est fixe (le temps spécifique est déterminé par le débit du port série, le débit hertzien et la taille du paquet de données).

Le temps total nécessaire pour que les données voyagent de l'entrée série côté émetteur à la sortie série côté récepteur est référencé dans le tableau ci-dessous :

Télémétrie de haute précision : mise en œuvre de la mesure de distance DS-TWR

La fonction de télémétrie du module repose sur la méthode avancée de télémétrie bidirectionnelle double face (DS-TWR), combinée à une méthode de télémétrie bidirectionnelle simple face (SS-TWR). La méthode DS-TWR calcule avec précision le temps de vol du signal grâce à un échange de trois messages entre deux appareils. Son principal avantage réside dans sa capacité à éliminer efficacement les erreurs de télémétrie dues aux différences de fréquence du cristal (dérive d'horloge) entre les deux appareils, permettant ainsi des mesures de haute précision sans nécessiter de synchronisation complexe de l'horloge du réseau.

• Définition du rôle : Lors de la mesure de distance, les appareils sont classés comme initiateurs (maîtres) ou répondeurs (esclaves). L'initiateur lance activement la demande de mesure, tandis que le répondeur répond passivement.

• Opération de commandement :

  • Initiateur : L'initiateur lance la recherche d'un ou plusieurs répondeurs en envoyant la commande . Voici le nombre de répondeurs cibles et la liste de leurs adresses.UWBRFAT+RANGING=,,,...

  • Répondeur : Le répondeur est en mode réponse par défaut et ne nécessite aucune configuration particulière. Lorsqu'il reçoit une demande de télémétrie d'un initiateur, il participe automatiquement au processus de télémétrie et transmet le résultat via le port série une fois terminé.

• Analyse du format de sortie : Une fois la mesure terminée, le format reçu est . En cas d'échec de la mesure, la valeur de distance est de -1.+RANGING=(),()

• Performances : Le processus de télémétrie est extrêmement rapide. Le tableau ci-dessous indique le temps nécessaire pour la télémétrie selon les différents modes.

Les ingénieurs peuvent déterminer avec précision les heures de début et de fin du processus de télémétrie en surveillant le niveau de la broche P011 du module.

Système de localisation en temps réel (RTLS) : stratégies de positionnement 2D et 3D

Le module dispose d'une fonction de résolution de localisation complète intégrée, prenant en charge le positionnement spatial planaire 2D et 3D.

• Définition du rôle : Dans un système de positionnement, les appareils sont classés soit comme une balise (une cible mobile à localiser), soit comme une ancre (un point de référence fixe avec des coordonnées connues).

• Configuration des ancres : La première étape du déploiement d'un système de positionnement consiste à définir précisément les coordonnées des ancres. Utilisez la commande pour configurer la position de chaque ancre dans un système de coordonnées cartésiennes prédéfini, avec des unités en centimètres. La précision finale du système de positionnement global dépend largement de la précision des mesures des coordonnées des ancres.UWBRFAT+COORDINATE=,,

• Opération de balise : Une balise lance une requête de positionnement en envoyant la commande . Cette commande doit inclure les adresses d'au moins trois ancres (pour un positionnement 2D) ou quatre ancres (pour un positionnement 3D). Le module effectue automatiquement la recherche de chaque ancre de la liste, puis utilise son algorithme de trilatération (plus précisément de multilatération) intégré pour calculer ses propres coordonnées (x, y, z) et afficher le résultat via le port série.UWBRFAT+LOCATION=,,...

• Mutex d'état : Les états fonctionnels du module s'excluent mutuellement. Par exemple, lorsqu'un module agit comme initiateur pour lancer activement la télémétrie ou le positionnement, il sera temporairement incapable de répondre aux requêtes de télémétrie des autres initiateurs. De même, pendant la télémétrie ou le positionnement, un mode basse consommation SNIFF activé sera temporairement désactivé afin de garantir la réception de toutes les trames de réponse de télémétrie. Cela signifie que dans les systèmes comportant plusieurs périphériques actifs (plusieurs balises ou initiateurs), une stratégie de contrôle d'accès au support (MAC) raisonnable, telle que l'accès multiple par répartition dans le temps (AMRT), doit être conçue au niveau de la couche application pour coordonner l'utilisation des canaux et éviter les collisions et les échecs de requête. Le module lui-même fournit les fonctionnalités de la couche physique, mais un fonctionnement stable au niveau système nécessite la garantie des protocoles de couche supérieure.

Analyse approfondie de la série de modules UWB650

• Analyse approfondie du module UWB650 (Partie 1) : Introduction à la technologie UWB et au module UWB650

• Analyse approfondie du module UWB650 (partie 2) : Maîtriser les fonctions principales : configuration et utilisation

• Analyse approfondie du module UWB650 (partie 3) : fonctions avancées et maintenance du système

• Analyse approfondie du module UWB650 (Partie 4) : Calibrage du retard d'antenne, considérations et meilleures pratiques pour le déploiement du module

• Analyse approfondie du module UWB650 (partie 5) : commandes de configuration