内容介绍

1. 项目描述

本项目基于 DWM3001CDK 开发套件，通过超宽带（UWB）技术实现对智能手机相对于开发板的距离测算，系统不仅能够实时获取目标手机的距离，而且根据距离动态调整板载 RGB LED 灯的颜色和和闪烁频率，实现直观的可视化反馈。
在项目开发过程中，本来想同时获取手机的距离和角度，但是在调试官方的参考例程时，发现调用 uwb 库中角度相关的接口时，一直显示角度功能没有开启，导致开发板无法获取手机的角度数据，只能获取距离数据。而在手机端 (iPhone 15) 却可以同时显示板卡的距离和角度信息。
如果角度数据也能获取，那么这种应用可用于室内定位、导航指引或智能交互系统的原型验证。

2. 硬件资源

2.1 DWM3001CDK 开发套件

Qorvo 的 DWM3001CDK 是为基于 Qorvo DW3110 IC 的 DWM3001C 全集成 (UWB) 模块开发的设计套件。该套件可用于评估 TWR 或 TDoA Tag 的硬件性能，以及构建评估型实时定位系统 (RTLS)。两个微型 USB 端口分别连接 J-Link 和 DWM3001C USB 接口。板载 J-Link 调试器为 DWM3001C 提供 SWD 和 UART 接口，电路板可通过这些 USB 端口、Raspberry Pi 接口、电池或外部电源供电。
DWM3001CDK 可与 Apple U1 和 U2 芯片互操作。 DWM3001C 的设计符合 FiRa™ PHY 和 MAC 规范，可与其他符合 FiRa™ 规范的设备互操作。

主要特性：

用于评估DWM3001C UWB模块的便捷套件
板载J-Link，用于通过USB进行调试和闪烁
USB端口，用于直连DWM3001C USB接口
26引脚Raspberry Pi兼容接头
复位和用户定义按钮和LED
访问所有DWM3001C GPIO和接口
通过VCC迹线上的排针测量模块电流
支持UWB RF频段5 (6.5GHz) 和频段9 (8GHz)
nRF52833 Soc，带蓝牙® 5.2
两根集成天线，用于BLE和UWB
符合IEEE 802.15.4-2015和IEEE 802.15.4z BPRF标准
软件开发，带免费IDE和调试器
完全符合FiRa™ PHY、MAC和认证开发
与Apple Nearby Interaction软件搭配使用
软件套件符合FiRa PHY/MAC规范

应用：

作为标签或定位器评估硬件性能
用于低功耗TWR和TDoA RTLS系统的构建块

2.2 智能手机 iPhone 15

智能手机需要支持 UWB 功能，用于作为被测目标，向开发板发送或响应 UWB 信号。
从 iPhone 11 开始，苹果为手机新增加了一个采用了UWB技术的芯片 U1，iPhone 15 系列手机集成的是 U2 芯片，DWM3001CDK 可与 Apple U1 和 U2 芯片互操作

2.3 其他外设资源

2.3.1 用户 LED

DWM3001CDK 板卡上有四个用户 LED，分别为：

D9/P0.04/Green
D10/P0.05/Blue
D11/P0.22/Red
D12/P0.14/Red

可以用于显示颜色和闪烁频率变化，直观反映手机的方位信息。

2.3.2 J-Link

DWM3001CDK 板卡自带一个 J-Link，可以用来更新固件和查看例程实时输出的 LOG 信息。

3. 需求分析

为实现项目目标，系统需满足以下需求：

实时测距
利用 UWB 技术，通过 DWM3001C 模块精确测量手机与开发板之间的距离（以厘米为单位），可以基于官方的参考例程进行修改。
LED 动态显示
颜色控制：根据手机的距离信息实现颜色控制，距离近时红灯亮，距离远时，绿灯亮
闪烁频率控制：根据手机的距离信息实现闪烁频率控制，距离越近闪烁频率越高，距离越远闪烁频率逐渐变低
系统实时性
系统需要在 UWB 测量数据更新后，尽可能实时地更新 LED 的显示状态，确保用户获得即时反馈，官方例程中使用了 CMSIS-FreeRTOS

4. 系统框图

基于官方例程，在freertos的系统流程中创建 led task，并修改 mac层与应用层数据处理的回调函数。

在 led task 中：

当距离小与等于40 cm 时，点亮红色LED
当距离大于40 cm且小于等于 80 cm 时，胆量蓝色LED
当距离大于 80 cm时，点亮绿色 LED

同时LED闪烁的频率根据距离进行变化，距离越近闪烁越快，距离越远闪烁越慢。

5. 开发环境

5.1 安装 Segger Embedded Studio

官方的参考例程是使用 Segger Embedded Studio 进行开发的，前往 SEGGER 官网下载最新版本并进行安装即可，下载链接如下：
SEGGER - The Embedded Experts - Downloads - Embedded Studio

我是第一次使用 Segger Embedded Studio，IDE 界面设计比较简洁，项目编译之后，在项目文件目录树中，源文件的右侧会会贴心地显示编译之后，这个源代码的 Text 和 Data 大小。使用起来还是很方便的。

5.2 下载官方参考例程 Qorvo_Nearby_Interaction

官方为 DWM3001CDK 开发板准备了两套 SDK，分别为：

这里选择 Qorvo_Nearby_Interaction Software package v.3.2.1 (02/2025，该例程已经实现了距离测量的功能，可以直接在该例程基础上进行修改满足本项目的要求。

6. 开发过程

6.1 打开参考例程

解压缩 Qorvo_Nearby_Interaction Software package v.3.2.1 之后，在 Qorvo_Nearby_Interaction_3_2_1\Software\Accessory\Sources 目录下找到 QANI-All-FreeRTOS_QNI_3_0_0.zip 并解压缩，然后打开工程文件 QANI-All-FreeRTOS_QNI_3_0_0\Projects\Projects\QANI\FreeRTOS\DWM3001CDK\ses\DWM3001CDK-QANI-FreeRTOS.emProject。

6.2 创建 Led Task 任务

该任务实现下列功能：

检查消息队列，从 NIQ reporter 任务接收当前的距离数据
根据距离数据，更新 LED 的颜色和闪烁频率

在 main.c 中增加下列下列代码：

#include "HAL_error.h"
#include "boards.h"

static osThreadId led_task_handle;
osMessageQDef(distance_queue, 1, uint32_t);  // length of message queue is 1
osMessageQId distance_queue_id;

error_e create_led_task(void (*LedTask)(void const *), osThreadId *ledTaskHandle, uint16_t stackSize)
{
    error_e ret = _ERR_Cannot_Alloc_Memory;
    osThreadDef(ledTask, LedTask, osPriorityNormal, 0, stackSize / sizeof(int));
    ledTaskHandle = osThreadCreate(osThread(ledTask), NULL);
    if (ledTaskHandle)
    {
        ret = _NO_ERR;
    }
    return (ret);
}

uint32_t calculate_period(uint32_t distance) {
    return (distance == 0) ? 50 :
           (distance >= 100) ? 2000 :
           (distance * (2000 - 50) 
           / 100) + 50;
}

void LedTask(void const *argument)
{
    osEvent evt;
    uint32_t current_distance = 100;  // Max distance
    uint32_t current_period = 500;  // 500 ms
    uint32_t led_idx = BSP_BOARD_LED_0;
    
    for(;;) {
        evt = osMessageGet(distance_queue_id, 0);
        
        if(evt.status == osEventMessage) {
            current_distance = evt.value.v;
            current_period = calculate_period(current_distance);
        }

        bsp_board_led_off(BSP_BOARD_LED_0);
        bsp_board_led_off(BSP_BOARD_LED_1);
        bsp_board_led_off(BSP_BOARD_LED_2);
        if (current_distance <= 40) {
            led_idx = BSP_BOARD_LED_2;
        } else if (current_distance <= 80) {
            led_idx = BSP_BOARD_LED_1;
        } else {
            led_idx = BSP_BOARD_LED_0;
        }
        
        bsp_board_led_on(led_idx);
        osDelay(current_period/2);
        bsp_board_led_off(led_idx);
        osDelay(current_period/2);
    }
}

// 在 main 函数中增加创建 led 任务的代码
// Create led toggle task
distance_queue_id = osMessageCreate(osMessageQ(distance_queue), NULL);

error_e ret = create_led_task(LedTask, &led_task_handle, 1024);
if (ret != _NO_ERR)
{
    error_handler(1, _ERR_Create_Task_Bad);
}

6.3 在 NIQ report_cb() 中发送距离数据

通过消息队列，向 Led Task 发送当前的距离数据，修改 report_cb() 回调函数中的下列代码：

     extern osMessageQId distance_queue_id;

      osMessagePut(distance_queue_id, distance_cm, 0);

      // Take action based on distance
      if (notify && (distance_cm < MIN_CM_DISTANCE_THRESHOLD))
      {
#if LEDS_NUMBER > 1
          // Visual indication on the device for "inside the bubble"
          //bsp_board_led_on(BSP_BOARD_LED_2);  // Red LED On
          //bsp_board_led_off(BSP_BOARD_LED_0); // Green LED Off
#endif

        // Send message to trigger notification on the iOS side
        send_ios_notification((uint8_t)distance_cm, "You are in the secure bubble.");
        notify = false;
      }
      else if (!notify && (distance_cm > MAX_CM_DISTANCE_THRESHOLD))
      {
#if LEDS_NUMBER > 1
          // Visual indication on the device for "outside the bubble"
          //bsp_board_led_off(BSP_BOARD_LED_2); // Red LED Off
          //bsp_board_led_on(BSP_BOARD_LED_0);  // Green LED On
#endif

        // Send message to trigger notification on the iOS side
        send_ios_notification((uint8_t)distance_cm, "You are out of the secure bubble.");
        notify = true;
      }