基于UWB和IMU的指向性遥控器设计方案

作者：王洪胜

UWB技术概述

超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术是一种先进的无线通信技术，其工作原理是通过发射超宽带脉冲信号来传输数据。与传统无线通信技术相比，UWB技术具有频带宽、抗干扰能力强、功耗低等显著优势。它能够在短距离内实现高精度的定位和测距功能，这使得UWB技术在物联网、智能交通、工业自动化等领域得到了广泛应用。在我们设计的指向性遥控器的设计中，利用UWB角度（AoA）技术来实现对遥控器位置和方向的精准定位。

方案介绍

安富利北京实验室利用TDK IMU和村田UWB模组，UWB模组内置NXP SR150 UWB芯片。系统框图如下：

在本方案中利用UWB模组的AOA信息来实现实现鼠标的指向性功能，利用IMU跟踪鼠标的姿态实现光标的精细控制，利用蓝牙来实现一个HID设备，利用HID的鼠标绝对描述符控制光标。

NXP SR150芯片介绍

NXP SR150芯片是NXP公司推出的高性能UWB芯片，专为需要高精度定位和低功耗的设备设计。该芯片采用了先进的ARM Cortex-M33处理器架构，具备强大的处理能力和低功耗特性，适合在电池供电的设备中使用。它支持UWB信道5和9，频率范围为6250MHz至8250MHz，能够满足多种应用场景的需求。

在指向性遥控器中，NXP SR150芯片通过其UWB功能实现对遥控器的精准定位。它能够以毫米级的精度测量遥控器与接收端之间的距离，并通过角度测量确定遥控器的指向方向。这种高精度的定位能力使得用户可以通过指向遥控器在屏幕上实现类似鼠标的操作体验，如滑动、拖拽、点按等。此外，NXP SR150芯片的低功耗设计也使得遥控器能够在不频繁充电的情况下长时间使用，提高了用户体验。

村田LBUA0VG2BP-SMP芯片概述

村田LBUA0VG2BP-SMP芯片是一款基于NXP SR150芯片的超小型UWB模块。它集成了NXP SR150 UWB芯片、时钟、滤波器和外围组件，采用了树脂模具加保形屏蔽结构，具有极小的尺寸（6.6×5.8×1.2mm），非常适合用于对空间要求严格的设备。该模块支持3天线规格，能够实现2D AoA和3D AoA的测量，为指向性遥控器提供了强大的硬件支持。

村田LBUA0VG2BP-SMP芯片具有以下显著特性：

• 高精度定位：通过UWB技术实现毫米级的定位精度，能够精确测量遥控器的位置和方向。

• 低功耗设计：适合电池供电的设备，能够有效延长遥控器的使用时间。

• 小尺寸：模块体积小巧，便于集成到各种小型设备中，如遥控器、智能标签等。

• 多天线支持：支持3天线规格，能够实现2D和3D的角度测量，为遥控器提供全方位的指向能力。

TDK ICM-42670-S芯片概述

TDK ICM-42670-S芯片是一款高性能的惯性测量单元（IMU）芯片，集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪。它能够实时测量物体的加速度和角速度，为定位和导航系统提供关键的运动数据。该芯片采用了先进的MEMS技术，具备高精度、低噪声、低功耗等特性，广泛应用于智能手机、无人机、智能穿戴设备等领域。

TDK ICM-42670-S芯片具有以下显著特性：

• 高精度测量：能够精确测量加速度和角速度，为定位系统提供可靠的运动数据。

• 低噪声设计：通过先进的滤波技术，有效降低测量噪声，提高数据的准确性。

• 低功耗：适合在电池供电的设备中使用，能够有效延长设备的使用时间。

• 集成度高：集成了加速度计和陀螺仪，减少了外部元件的使用，降低了系统复杂度。

在指向性遥控器中，TDK ICM-42670芯片与UWB模块协同工作，为遥控器提供更加精准的定位和指向能力。通过测量遥控器的加速度和角速度，IMU芯片能够实时补偿遥控器在运动过程中的姿态变化，从而提高UWB定位的精度和稳定性。例如，在用户快速移动遥控器时，IMU芯片能够及时检测到运动状态，并将数据反馈给UWB模块，使得遥控器的指向更加准确。此外，TDK ICM-42670-S芯片的低功耗特性也使得遥控器能够在不增加功耗的情况下实现更长时间的使用。