MyTag--厘米级测距UWB+BLE双模小型防丢器

MyTag--厘米级测距UWB+BLE双模小型防丢器

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功能演示视频见附件

项目简介

MyTag 是一套由失物端 A 板和网关端 B 板组成的小型防丢系统。两块板均以 Nordic nRF52832 为主控，并配有 DW3000 协议兼容 UWB 模块。A 板可固定在钥匙、背包或其他物品上，B 板负责与 A 板协同测距，并将状态和距离发送到手机或电脑浏览器，且本项目软硬件全部开源，详细信息见文末。

项目功能

1. UWB 双向测距：B 板作为 Initiator，A 板作为 Responder，通过 DS-TWR 的 POLL、RESP、FINAL 帧交换计算距离。
2. BLE 双链路控制：浏览器连接 B 板，B 板再通过 BLE 连接 A 板，将网页命令转发到失物端。
3. 免安装网页终端：支持手机和电脑浏览器，可显示距离动画、三次有效数据均值、最近二十次记录丢包率和启动状态。
4. 蜂鸣寻物：网页可控制 A 板蜂鸣器开关，也可设置频率、持续时间和重复次数。
5. NFC 失物信息：A 板连接 NTAG I2C Plus，可从网页写入文本或 URL；拾到物品的人可用手机碰一碰读取预留信息。
6. LED 与本地按键：两块板各有红、绿状态灯，支持网页独立控制；短按本地按键可快速点亮定位灯，长按 3 秒可闪灯并复位设备。
7. 双板电量监测：A、B 板均通过分压电路采样单节锂电池电压，网页显示电压和估算电量，并在电压过低时提示充电。
8. 链路诊断：网页可显示 A-B BLE 连接状态、RSSI、UWB 超时和丢包率，便于粗略进行距离检测。
9. 按需启动 UWB：UWB 不需要长期保持工作；启动时由 Flash 标志配合芯片复位，在 BLE 初始化前完成 UWB 上电时序。
10. 长续航：经实测，B板待机电流仅为0.2mA，理论续航2000小时；A板待机电流约为0.6mA，理论续航约670小时

典型应用场景包括钥匙和背包寻找、室内物品测距、UWB 状态机学习、Web Bluetooth 设备开发以及双模无线终端原型验证。

项目参数

项目	参数或说明
主控	Nordic nRF52832-QFAA，ARM Cortex-M4F
BLE 协议栈	Nordic S132 SoftDevice 7.2.0
开发环境	nRF5 SDK 17.1.0，SEGGER Embedded Studio
低频时钟	外部 32.768 kHz 晶振
A 板 BLE 名称	CC-UWB-TAG
B 板 BLE 名称	CC-UWB-GW
UWB 模块	DW3000 协议兼容模块，使用厂家适配 Decadriver
UWB 工作参数	CH5、850 kbps、PLEN1024、DW 8-symbol SFD
测距方式	DS-TWR，B 板发起、A 板应答
UWB 接口	SPI，另有 IRQ、RST、WAKEUP 和独立电源控制
电池采样	P0.28/AIN4，1 MΩ + 1 MΩ 分压
状态灯	每板 2 路，高电平点亮
本地按键	P0.31，低电平触发
A 板蜂鸣器	EN P0.10，方波输入 P0.13
A 板 NFC	SCL P0.20，SDA P0.22，FD P0.03
距离显示	最近 3 次有效测量均值
丢包统计	最近 20 次 UWB 记录中的超时占比

实际测距有效范围受uwb模块限制，在无遮挡的环境下，我手里的这块极限有效距离约为25-30m

原理解析（硬件说明）

1. 双板系统架构

A、B 两块板硬件主体相近，但软件角色不同。A 板随物品移动，负责 UWB 应答、蜂鸣提醒、NFC 信息、LED 和电量采样；B 板作为随身网关，负责发起测距，并通过 Web Bluetooth 与浏览器通信。

浏览器只直接连接 B 板。B 板收到网页命令后，通过第二条 BLE NUS 链路控制 A 板，并将 A 板的状态、RSSI、电量和 UWB 响应封装后转发到网页。这样可以避免手机同时管理两台 BLE 外设，也让网页协议保持统一。

图1：A/B 双板通信示意图

2. 主控与 BLE 电路

两块板均采用 nRF52832-QFAA。芯片内部集成 2.4 GHz BLE 射频、ARM Cortex-M4F 内核和常用数字外设。固件基于 S132 7.2.0，可同时承担 BLE 外设角色；B 板还承担中心角色，用于主动扫描并连接 A 板。

32 MHz 晶振供高频系统和射频使用，32.768 kHz 晶振作为 BLE 低频时钟。晶振、负载电容、芯片电源脚和去耦电容应靠近主控放置。2.4 GHz 射频引脚经匹配网络连接天线，匹配值应以最终 PCB 和外壳状态下的实测为准。

图2：nRF52832、时钟与 BLE 射频电路

3. UWB 模块与供电控制

UWB 模块通过 SPI 与 nRF52832 通信，SCK、MOSI、MISO、CS 分别使用 P0.14、P0.16、P0.15、P0.17，另有 P0.18 IRQ、P0.19 RST 和 P0.02 WAKEUP。P0.27 控制 UWB 电源，当前硬件为低电平上电。

该模块对上电顺序较敏感。直接在 BLE 已运行时执行完整上电流程可能与 SoftDevice 时序冲突，因此固件启动 UWB 时会先在 Flash 0x7E000 页写入带反码校验的启动标志，然后复位 nRF52832。第二次启动时，程序在初始化 BLE 之前读取标志并给 UWB 上电，成功后再恢复 BLE。启动过程中浏览器短暂断开属于正常现象。

图3：UWB 模块、SPI 与电源控制电路

4. UWB 测距过程

测距采用 DS-TWR。B 板发送 POLL，A 板接收后按设定延时发送 RESP；B 板收到 RESP 后延时发送 FINAL；A 板收到 FINAL 后利用各帧的发送、接收时间戳计算飞行时间和距离，再通过 BLE 将结果返回 B 板和网页。

本项目调试时按步骤验证了“POLL 发出、POLL 接收、RESP 发出、RESP 接收、FINAL 发出、FINAL 接收”六个阶段。国产兼容模块的延迟发送和 PHY 配置必须两端一致，不能只根据寄存器初始化成功判断测距链路已经正常。

图5：DS-TWR 时序定义(app_uwb.c)

5. 电池电压采样

电池电压经两个 1 MΩ 电阻等比例分压后接入 P0.28/AIN4，使 ADC 输入约为实际电池电压的一半。高阻值分压可以减小长期静态损耗，但更容易受到 ADC 输入阻抗、PCB 漏电和噪声影响，因此软件采样时需要留出稳定时间并进行多次采样。

网页按单节锂电池典型开路电压估算电量。电量百分比只用于趋势提示，不等同于专业电量计；带载、充电、温度和电芯差异都会影响读数。电压低于 3.3 V 时应及时充电，避免电池过放。

图6：电池分压与 SAADC 采样电路

6. 蜂鸣器与状态灯

A 板蜂鸣器由 P0.10 控制使能，P0.13 输出方波，采用PAM8904EGPR作为驱动芯片。网页可配置频率、单次响铃时间和重复次数，适合在距离较近但视线受阻时通过声音寻找物品。

两块板各使用 P0.29、P0.30 控制两路 LED。网页可独立开关每一路灯；本地短按按键时，程序先关闭原有灯光，再点亮该板的指定定位灯。长按超过 3 秒时，两灯闪烁两次后复位芯片。

图7：蜂鸣器、LED 与按键电路

7. NFC 电路

A 板通过 I2C 连接 NTAG I2C Plus，SCL 使用 P0.20，SDA 使用 P0.22，P0.03 连接场检测引脚。网页将文本或 URL 分片发送给 A 板，A 板再写入 NFC 标签。

NFC 识别距离主要取决于线圈尺寸、匝数、谐振匹配、安装位置和手机天线方向。外接线圈应尽量缩短连接线，远离电池、地平面和金属件；更换线圈后应重新检查谐振和读写稳定性。

图8：NTAG I2C Plus 与外接线圈电路

复刻须知

需购买材料

1.PCB：FR4 板厚1.0mm
2.元器件：当前原理图中所绘制的BU-03模块(该模块仅用作参考焊盘)不要购买！！ 换成淘宝购买的另一款国产UWB模组：https://e.tb.cn/h.85A3VuzGzep2rjY?tk=9jzWgBHn8sy 选择‘UWB-X3-CA 小功率模组’，其它完全按照BOM表购买即可。
3.3D外壳：模型文件见附件，我使用的耗材是JLC-Black，可根据需求选择其他耗材
4.M2螺丝：选择M2×9沉头自攻螺丝
5.NFC线圈：无要求，自行购买或自制皆可
6.蜂鸣器：淘宝搜索压电陶瓷自行购买
7.电池：403030 400mah锂电池
8.烧录器：J-Link或其它国产ARM仿真器皆可，这里贴一份链接： https://e.tb.cn/h.8hdzhTD4Yy3bKXS?tk=sdQpgzQvlF3
9.(可选)烧录针

程序烧录

下载J-Flash Lite (我使用的是v9.36)
连接ARM仿真器

如图配置软件并点击确定

进入主界面后点击三个点选择文件

首先烧录蓝牙栈，选择从附件中下载的s132_nrf52_7.2.0_softdevice.hex

选择成功后连接仿真器与板子，确认连接好后先点击'Erase Chip'

出现图中提醒后即为清理成功(若提示连接不上设备则优先检查nrf主控芯片焊接和仿真器连接是否正确)，接着点击'Program Device'，如图即为烧录蓝牙栈成功

接下来继续点击三个点并选择board_a_tag_v1.0.0.hex(A板主程序)并直接点击'Program Device'烧录(注意此时不要点击Erase Chip)。下图即为烧录成功

至此，A板(失物端)烧录完成。
B板(寻找端)烧录步骤与A板相同，只不过将A板主程序换成board_b_gateway_v1.0.0.hex的B板主程序
其它流程仍然是先选择蓝牙栈固件➡Erase Chip➡点击烧录➡选择B板固件➡点击烧录

简单的验证烧录及硬件是否正常的方法：
固件中若点击主板侧方的按钮，会重置整板灯光并根据对应角色亮不同的光：A板为绿色，B板为红色

完整复刻流程

1. 焊接整板(除电池)，测量电源输入及系统3.3v是否对地短路，若不短路，焊接电池后测试充电是否正常以及系统3.3v供电是否完整
2. 下载附件中的固件并烧录，具体烧录流程见上
3. 使用电脑打开附件中的'ble_gateway_debug.html' (注：手机端若想使用，可使用脚本一键启动内网服务，具体使用说明见下方软件代码中的开源仓)
4. 点击界面中的'连接 CC-UWB-GW'，此时网页应自动扫描B板，稍作等待后点击配对扫描出来的'CC-UWB-GW'
   
5. 配对成功后系统会自动扫描并连接A板，如图：(若两轮自动连接均失败，可手动再次点击'连接A板'，若仍失败，请检查A板状态与焊接)
   
6. 连接成功后web端可自动显示A B板的电池电压，估算电池电量，蓝牙信号强度，并开放对于两板的灯光控制以及对A板的蜂鸣器和NFC控制
   
7. 此时点击'启动UWB'按钮，可自动对两板的UWB模块进行唤醒以及上电并进行初始化，整个过程可能较久(约50s左右) 注：UWB上电过程中产生蓝牙断开为正常现象
   
   
8. 两板均上电成功后，web端会自动不断进行uwb测距结果刷新
9. 由于UWB模块耗电量较大，测距完成后请点击'停止UWB'以提高续航
10. 其他功能(如灯光控制，NFC写入，蜂鸣器控制)在网页端已经较为完善的体现，这里不再赘述

实物图

主板渲染图：

3D外壳装配体渲染图：

装配体实拍图：

软件代码

本项目代码完全开源
GitHub 开源仓库：
https://github.com/hyh12323/uwb-tag
Gitee：
https://gitee.com/fq12323/uwb-tag

仓库包含：

• 最新版 A 板标签固件和 B 板网关固件；
• nRF52 UWB 硬件适配层与适配 Decadriver；
• Web Bluetooth 控制页面；
• SDK 路径配置脚本、通信协议和排错文档；
• UWB 模块参考 Demo；
• GitHub Release 中可直接烧录的 A/B HEX、S132 SoftDevice 和校验文件。