Funpack4-1: 基于DWM3001CDK开发板的安卓测距应用

内容介绍

一. 项目介绍

DWM3001CDK（Decawave Module 3001 Carrier Development Kit）是Qorvo公司推出的一款超宽带（UWB）开发套件，主要用于高精度定位和测距应用。它基于DWM3001C模块，该模块集成了DW3110 UWB收发器和Nordic nRF52833（一个支持BLE的低功耗MCU）。本项目通过利用官方的cli固件与uwb模组进行交互，实现手机通过串口获取设备信息，启动initiator或responder模式进行测距，并能设置大部分相关参数。

项目目标：

1. 实现安卓手机通过串口与开发板进行交互，发送命令并处理返回数据。

2. 配置FiRa测距的相关参数，能够自定义测距的频率（例如慢速、中速、快速等不同频率）、session id、设备地址等参数并保存。

3. 提取测距中获取的数据并展示。

4. 构建简单的图形化控制界面。

二. 设计思路

项目总体而言为任务3的修改版，通过usb串口连接一块DWM3001CDK，并通过制作的安卓软件与开发板系统通信，实现测距功能（INITIATOR/ RESPONDER）以及查询设备信息，并在界面上实现数据显示。

由于DWM3001CDK搭载的DWM3001C模块（DW3110 IC）只有一个天线而无法实现PDoA测量角度（理论上至少需要2个天线），目前国产安卓手机具有UWB功能的机型非常少。

如果想要实现类似任务二的功能，只通过TWR距离数据来感知anchor的方向就必须搭配imu等传感器进行惯导，但是这会变得非常复杂，并且难以保证精度，同时伴随着非常大的计算量，对于MCU而言也是个挑战，在进行尝试后我选择了放弃。

我选择了Kotlin和jetpack compose来开发这个原生安卓应用，并通过usb-serial-for-android 开源库实现通过usb串口连接虚拟ACM设备，利用官方cli固件（DWM3001CDK-DW3_QM33_SDK_CLI-FreeRTOS.hex）调用RESPF/ INITF/ DECAID APP实现测距以及获取距离数据。尽管程序中设计了initiator的multi参数，但由于我没有更多的uwb开发板，所以没有进一步显示与多个uwb anchor的距离数据。相似的，在与能够实现PDoA的uwb模块进行测距时，模块能够输出角度数据。

项目采用 MVVM（Model-View-ViewModel）架构：
Model 层：SerialPortRepository 负责底层串口通信和数据解析，

ViewModel 层：UWBViewModel 管理业务逻辑和 UI 状态，

View 层：基于 Jetpack Compose 构建的 UI 组件，负责界面展示和用户交互。

软件流程图：

三 .实现过程

1.配置开发环境

安装Android Studio，开启手机的开发者选项和usb调试功能，由于连接开发板需要占用usb接口，我们需要通过无线调试手机。

小米手机通过Android Studio 难以直接通过无线调试连接手机，需要手动使用adb.exe连接，并确保在同一网络环境，具体参考：https://blog.csdn.net/gogoytgo/article/details/137995574

2.具体代码实现
设备连接管理：

在 MainActivity 中处理 USB 权限请求和设备选择
SerialPortRepository 负责实际的串口连接和数据传输

// 请求USB权限
private fun requestUsbPermission(device: UsbDevice) {
    val usbManager = getSystemService(Context.USB_SERVICE) as UsbManager
    val permissionIntent = PendingIntent.getBroadcast(
        this,
        USB_PERMISSION_REQUEST_CODE,
        Intent(ACTION_USB_PERMISSION).apply {
            putExtra(UsbManager.EXTRA_DEVICE, device)
        },
        PendingIntent.FLAG_IMMUTABLE
    )
    usbManager.requestPermission(device, permissionIntent)
}

// 连接设备
suspend fun connect(device: UsbDevice): Boolean = withContext(Dispatchers.IO) {
    val usbManager = context.getSystemService(Context.USB_SERVICE) as UsbManager
    connection = usbManager.openDevice(device) ?: return@withContext false
    val driver = UsbSerialProber.getDefaultProber().findAllDrivers(usbManager)
        .find { it.device == device } ?: return@withContext false
    
    usbPort = driver.ports[0].apply {
        open(connection)
        setParameters(115200, 8, UsbSerialPort.STOPBITS_1, UsbSerialPort.PARITY_NONE)
    }
    
    usbIoManager = SerialInputOutputManager(usbPort, listener).apply { start() }
    true
}

数据解析

解析设备信息响应
解析测距会话数据

private fun parseReceivedData(data: String) {
    when {
        data.contains("Qorvo Device ID") -> {
            collectingDeviceInfo = true
            deviceInfoBuffer.clear()
            deviceInfoBuffer.append(data).append("\n")
        }
        data.contains("SESSION_INFO_NTF") -> {
            collectingSessionInfo = true
            sessionLineCount = 1
            sessionBuffer.clear()
            sessionBuffer.append(data).append("\n")
        }
        // 其他解析逻辑...
    }
}

private fun parseCompleteSessionInfo(completeData: String) {
    val sessionHandle = "session_handle=(\\d+)".toRegex().find(cleanedData)?.groupValues?.get(1)?.toIntOrNull()
    val distance = "distance\\[cm\\]=(\\d+)".toRegex().find(cleanedData)?.groupValues?.get(1)?.toIntOrNull()
    
    if (sessionHandle != null) {
        val sessionInfo = SessionInfo(
            sessionHandle = sessionHandle,
            distance = distance
        )
        _sessionData.value = _sessionData.value + sessionInfo
    }
}

模式控制

Initiator 和 Responder 模式的启动/停止
参数配置和命令构建

fun startInitiatorMode() {
    viewModelScope.launch {
        _currentMode.value = UwbMode.INITIATOR
        _isRunning.value = true
        val command = buildString {
            append(if (currentInitiatorConfig.chan) "-CHAN=9 " else "-CHAN=5 ")
            append("-SLOT=${currentInitiatorConfig.slot} ")
            // 其他参数...
        }
        repository.startInitiatorMode(command.trim())
    }
}

UI 实现

设备连接状态显示
模式选择界面
测距结果显示
参数配置对话框

@Composable
fun UWBConsoleScreen(
    context: Context,
    onRequestUsbPermission: (UsbDevice, (Boolean) -> Unit) -> Unit,
    viewModel: UWBViewModel = viewModel()
) {
    // 状态收集
    val isConnected by viewModel.connectionState.collectAsState()
    val isRunning by viewModel.isRunning.collectAsState()
    
    Column(modifier = Modifier.fillMaxSize()) {
        TopAppBar(title = { Text("UWB Console") }, actions = {
            if (isConnected) {
                IconButton(onClick = { showDeviceInfoDialog = true }) {
                    Icon(Icons.Default.Info, "设备信息")
                }
            }
            ConnectionButton(isConnected) { /* 连接/断开逻辑 */ }
        })
        
        if (isConnected) {
            if (isRunning) {
                DistanceDisplay(viewModel.distance.value, viewModel.currentMode.value)
            } else {
                ModeSelectionButtons(
                    onInitiatorClick = { viewModel.startInitiatorMode() },
                    onResponderClick = { viewModel.startResponderMode() }
                )
            }
        }
    }
}

参数配置

提供表单验证的参数配置界面
支持不同模式的特定参数

@Composable
fun ConfigDialog(
    showDialog: Boolean,
    isInitiator: Boolean,
    initiatorConfig: InitiatorConfig,
    responderConfig: ResponderConfig,
    onDismiss: () -> Unit,
    onSave: (Any) -> Unit
) {
    // 表单状态管理...
    
    if (showDialog) {
        AlertDialog(
            onDismissRequest = onDismiss,
            title = { Text(if (isInitiator) "Initiator配置" else "Responder配置") },
            text = {
                Column {
                    ConfigSwitch("Channel", chan) { updateChan(it) }
                    ConfigTextField("Pcode", pcode, { updatePcode(it) }, pcodeValid)
                    // 其他参数字段...
                }
            },
            confirmButton = {
                Button(onClick = { /* 保存逻辑 */ }, enabled = formValid) {
                    Text("保存")
                }
            }
        )
    }
}

四. 实现效果

Screenshot_2025-03-31-21-20-01-032_com.example.uwbconsole-edit.png Screenshot_2025-03-31-21-26-31-084_com.example.uwbconsole-edit.png Screenshot_2025-03-31-21-27-57-498_com.example.uwbconsole-edit.png

五. 总结

UWB Console 项目成功实现了通过 Android 设备控制 UWB 模组进行测距的功能。项目采用清晰的架构设计，完善的参数验证机制和直观的用户界面，为 UWB 开发提供了便利的工具。未来可以进一步扩展的功能包括：测距数据的历史记录和图表展示以及多设备同时测距支持