工业环境中的距离测量和定位解决方案

精确的距离测量确保了工业系统的效率和安全

通过利用精确的M2M（机器对机器）和H2M（人机）交互之间的距离测量，可以在各种应用中提高安全性，特别是在工业自动化、智能交通和人机协作领域。距离测量应用通常采用超声波、雷达、激光雷达（LiDAR，光探测和测距）或超宽带（UWB）等技术。这些技术能够提供亚米级甚至厘米级的测量精度。通过实时测量机器或人与人之间的距离，可以生成精确的位置信息，并通过算法进行处理。

在工业环境中，防碰撞系统至关重要。精确测量自动化设备与机器人的距离可以防止碰撞并确保安全运行。此外，精确测量机器之间的距离可以优化它们的运动路径，减少不必要的能耗和磨损，从而提高系统的效率和安全性。

在人与机器人协作的环境中，安全至关重要。通过使用距离测量技术实时监测人与机器人之间的距离，当检测到人类过于接近时，系统可以自动减速或停止机器人，从而防止碰撞。此外，距离测量还可以监控危险区域，确保人类操作员不会无意中进入危险的工作区域。

目前，可以采用多种安全方法，例如多传感器融合技术，将各种距离测量技术与传感器数据（如摄像头、红外传感器）结合起来，以提高距离测量的可靠性和准确性，从而进一步增强安全性。或者，可以利用人工智能和机器学习算法分析距离数据，预测潜在危险并发出预警，以防止事故发生。通过这些方法，M2M（机器对机器）和H2M（人对机器）之间的精准距离测量功能在确保工业系统安全以及人机协作中发挥着至关重要的作用。

实时定位系统可以提高工作场所安全性和运营效率

实时定位系统（RTLS）是一种能够实时追踪和监控物体或人员位置的技术。它们被广泛应用于安全管理和工作效率监控。RTLS 的关键技术多种多样。例如，超宽带（UWB）技术能够提供高精度定位，误差范围通常在几厘米之内，这使其成为需要精确追踪的应用场景的理想选择。或者，射频识别（RFID）系统通过标签与读写器之间的信号传输来追踪物体或人员的位置，通常用于低精度定位。此外，还可以使用基于信号强度测量的 Wi-Fi 定位，它能在现有的网络基础设施上部署，但通常精度较低。

另一方面，可以使用蓝牙低功耗（BLE）技术。BLE 信标通过发送信号与设备进行通信，用于定位，提供适中的定位精度，并适用于低功耗场景。全球定位系统（GPS）适用于室外环境，但在室内表现较差且耗电更多。此外，还可以使用摄像头和计算机视觉技术来检测和跟踪物体或人员的位置，通常用于高精度室内应用。

RTLS（实时定位系统）具有广泛的应用范围。在员工安全监控中，RTLS可以追踪员工在工作场所的实时位置，以确保他们不会进入危险区域。如果员工接近危险设备或区域，系统可以发出警告或自动停止相关设备。在紧急情况下，RTLS还可以帮助快速定位员工，并引导救援团队进行快速响应。此外，通过分析员工在不同区域的活动，可以评估工作流程的效率，优化任务分配，减少时间浪费，并提高生产力。

RTLS（实时定位系统）有广泛的应用范围。在员工安全监测方面，RTLS 可以跟踪员工在工作场所的实时位置，以确保他们不会进入危险区域。如果员工接近危险设备或区域，系统可以发出警报或自动停止相关设备。在紧急情况下，RTLS 还可以帮助快速定位员工并引导救援团队迅速响应。此外，通过分析员工在不同区域的活动，可以评估工作流程的效率，优化任务分配，减少时间浪费并提高生产力。

超宽带技术能够实现安全且精确的距离测量

UWB 技术利用基于无线电波的飞行时间（ToF）技术进行安全且精确的距离测量。村田（Murata）基于 NXP 开发和生产 UWB 模块，同时也制造使用 Qorvo 和 Nordic 芯片的 UWB 模块。

村田的Type 2BP是一款超小型UWB模块，集成了恩智浦（NXP）的Trimension SR150 UWB芯片组、时钟、滤波器和外围组件，非常适合通用物联网设备。此小型UWB模块支持UWB通道5和9，具有SPI接口和3天线支持（3D AoA或2D AoA）。并已通过FCC/CE参考认证。该模块采用树脂模压结构与共形屏蔽相结合，尺寸仅为6.6 × 5.8 × 1.2毫米。支持功率校准和晶体校准。

村田还推出了与Type 2BP配套的评估板LBUA0VG2BP-EVK-P。该评估板配备了Type 2BP和NXP QN9090（一个BLE芯片）、USB-UART转换器IC，并可通过USB电缆供电。QN9090可以通过PC的COM端口控制Type 2BP。该开发套件已获得Apple®的批准，用于评估支持UWB的配件，这些配件使用Apple的Nearby Interaction框架与包含U1芯片的Apple产品进行交互。

另一款基于NXP UWB芯片组的村田UWB模块是Type 2DK。这是一款集成了UWB-Bluetooth® LE的多合一模块，包括NXP的Trimension™ SR040 UWB芯片组、NXP的QN9090 Bluetooth® LE和MCU芯片组、板载天线以及外围组件，非常适合由纽扣电池供电的UWB标签/追踪器以及通用物联网设备。而且已通过FCC/CE参考认证。

村田还提供与Type 2DK配套的LBUA2ZZ2DK-EVK评估套件。该评估套件包含Type 2DK、一个UART-USB IC、一个SWD端口，以及一个纽扣电池座。

村田的Type 2AB模块被设计为超紧凑、高品质、低功耗的UWB模块，非常适合小型电池供电的物联网设备和应用。Type 2AB使用了Qorvo QM33120W UWB芯片组，支持通道5和9，并通过了FCC/IC/TELEC参考认证。它集成了一颗Nordic IC——nRF52840，使其成为一个无需主机的模块。该模块还具备蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy）功能，用于唤醒UWB以及固件更新。集成的三轴传感器有助于节省电池电量，并且内嵌了用于UWB和MCU的参考时钟。Type 2AB是目前市场上最小且高度集成的UWB模块，与CoB解决方案相比，该模块面积减少了75%。每个设备都经过校准频率、发射功率和天线延迟，可支持多天线设计和评估。

LBUA5QJ2AB-828EVB 评估套件是一款针对村田 UWB/蓝牙低功耗模块 Type 2AB 的评估板。它可以通过将板上的 Type-C USB 接口与 PC 通过 USB 接口连接来供电，并且配备了一个串口。客户可以通过串行终端输入 AT 指令，以评估射频性能。如果客户将演示固件重新烧录到模块中，还可以评估简单的 TWR 和 PDoA 功能。

用于测距和定位应用的Wi-Fi和蓝牙模块

除了UWB技术外，Wi-Fi和蓝牙技术也可用于测距和定位应用。结合使用时，Wi-Fi和蓝牙还可以实现与互联网的直接连接，使其成为最灵活的物联网产品无线技术。目前，村田提供多种支持IEEE 802.11a、11b、11g、11n和11ac 2×2 MIMO标准的Wi-Fi®和蓝牙模块，支持2.4GHz和5GHz频段，适用于WLAN和Bluetooth® 4.1/4.2/5.0/5.1 BR/EDR/LE通信。

村田的Type 2AE是一款基于英飞凌CYW4373E组合芯片组的紧凑型高性能模块，支持Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac与Bluetooth® 5.2 BR/EDR/LE相结合。Wi-Fi®的PHY数据速率最高可达433Mbps，Bluetooth®则支持3Mbps的PHY数据速率。WLAN部分支持SDIO v3.0 DDR50接口，Bluetooth®部分支持高速4线UART接口以及用于音频数据的PCM接口。WLAN和Bluetooth®部分均支持USB 2.0接口。

对于系统开发，可以在NXP i.MX（Linux/FreeRTOS）上开发软件。对于RTOS开发，可以使用英飞凌的WICED™开发系统，这大大减少了为嵌入式设备添加无线连接的工作量。该SDK使开发人员能够快速为资源受限的微控制器创建联网应用程序。在评估工具方面，Embedded Artists 的 2AE M.2 模块可以用于Linux系统。

村田的Type 2EA是另一个基于英飞凌CYW55573组合芯片组的紧凑型高性能模块。它支持Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO和Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE。Wi-Fi®支持高达1.2 Gbps的PHY数据速率，而Bluetooth®在经典蓝牙（EDR）上支持3Mbps的PHY数据速率，在Bluetooth® LE上支持2Mbps的PHY数据速率。WLAN部分支持PCIe v3.0 Gen 2和SDIO 3.0接口，而Bluetooth®部分支持高速四线UART接口和用于音频数据的PCM。

Type 2EA 还支持在 NXP i.MX Linux 上的软件配置，以及 NXP i.MX 平台的 Linux 驱动程序/固件。村田推荐的评估硬件是 Embedded Artists 的 2EA M.2 模块。

Type 1XL 是一个基于恩智浦 (NXP) 88W9098 组合芯片组的紧凑型高性能模块，支持 Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO 和 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE。在 Wi-Fi® 上的物理层数据速率为 1200Mbps，而在 Bluetooth® 上为 3Mbps。WLAN 部分支持 PCIe 2.0 接口，并可选择支持 SDIO 3.0。Bluetooth® 部分支持高速 4 线 UART 接口（支持可选的 SDIO）以及用于音频数据的 PCM 接口。

软件开发同样支持NXP i.MX Linux的配置。村田推荐Embedded Artists的1XL M.2模块作为评估硬件。

村田的Type 2DL是一款基于恩智浦（NXP）IW611组合芯片的紧凑型高性能模块，支持Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax和Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE。Wi-Fi®提供高达601Mbps的PHY数据速率，而Bluetooth®提供2Mbps的PHY数据速率。WLAN部分支持SDIO v3.0 DDR50接口，Bluetooth®部分支持高速4线UART接口和用于音频数据的PCM接口。

适用于Type 2DL的开发软件（支持NXP i.MX Linux的配置）尚在开发中。村田推荐的评估硬件是Embedded Artists的2DL M.2模块。

结论

随着工业环境变得越来越复杂，以及对自动化需求的不断增加，精确测距和定位技术在确保安全、提升生产效率以及优化资源管理中正发挥着越来越重要的作用。通过实施先进的测距和定位解决方案，例如实时定位系统（RTLS）、激光测距技术和超宽带（UWB）技术，企业不仅能够显著提升运营效率，还能够在智能化管理中获得竞争优势。村田制作所生产各种UWB和WiFi/Bluetooth模块，虽然测距和定位的应用场景归属于“系统/解决方案”业务，而非模块业务，但工业RTLS应用被认为是一个不断增长的市场。鉴于需要定制化和有限的可扩展性，村田可以与市场中的第三方软件公司和制造商合作，积极进入这一领域。