【经验】如何利用BLE AoA寻向技术开发一个具有自动跟随功能的小车
目前市场上可见几种具备自动跟随功能的行李箱，多依靠视觉或者UWB技术实现。本文介绍如何利用BLE AoA寻向技术开发一个具有自动跟随功能的小车。这个小车能够跟随信标前进、转向、停止。
整体框架
AoA自动跟随小车主要包括以下部件、模块。
小车的框图如下所示。其中主控为4x4 URA上的ING9188xx，它将采集到的CTE数据提交到树莓派完成方位角解算，再据此调整小车的前进方向。另外需要一块ING9188xx开发板用来发送CTE信标（烧录Peripheral LEC&CTE即可），引导小车前进。OLED模块可用来显示调试或者状态信息，它的驱动、使用方法参考Central Throughput。由于树莓派及底盘上的舵机都需要5V电源，且耗电较大，所以使用了DC-DC模块提供5V输出。
主要功能详解
1.底盘控制
由于天线阵的IO口数据有限，小车只能前进，不能后退。
2.CTE采集
AoX算法时间、空间复杂度都非常大，无法在ING918这样的低功耗SoC上运行。事实上，即便对于树莓派的低端型号Raspberry Pi Zero来说，进行4x4全阵列计算仍然非常吃力。考虑到我们只需要方位角，可以只使用1×4 ULA子阵列，Pi Zero完成一次计算大概需要0.1s。
实现上，仿照Central CTE，以扩展广播+桃芯扩展的方式采集CTE，经过Base64编码后送入树莓派进行方位角解算。
3.树莓派的控制
主控通过串口登录到树莓派并启动寻向算法程序alg -array 1x4。 之后的任务是将Base64编码的CTE数据送入树莓派，然后解析JSON 格式的解算结果。
实现时要考虑：
树莓派的启动时间长，登录Shell时要判断输出然后填写用户名、密码；
解析JSON结果时，算法程序可能报错（status != 'ok'）；
主控程序重新执行（调试、更新程序），树莓派已经处于登录状态（重启树莓派效率太低），需要做判断。
以上几种情况可能导致相关代码比较混乱。
4.转向控制
小车的转向采用PID控制：
误差：(当前方位角-目标值）
被控量：舵机角度
我们把KiKi参数设置为00，即只使用PP、DD两项进行控制。
5.速度控制
基本原理是小车距离信标比较远时速度快一些，反之就慢一些。但是根据RSSI估计距离效果很差， 我们联合使用了一个Kalman滤波器和一个IIR滤波器尝试提高距离估计的准确度。
6.停车控制
安全第一，为了（1）防止小车撞到自己的脚，（2）实现“急停”功能，在速度控制之外使用迟滞比较器实现了一个单独的停车控制逻辑：一旦（原始）RSSI 值超过某个门限（RSSI_LOCK），就立即停车，并屏蔽其它速度控制逻辑；当（原始）RSSI 低于另一个门限时，解除停车，允许其它速度控制逻辑控制小车移动。
测试
参考pin_def.h及上面的整体框图搭建硬件。我们搭建的小车如图所示，附加了一个内置ING9187xx芯片的Insta360 GO 2用来拍摄FPV 视频。
各模块使用的软件总结如下：
源代码里附带了FOTA功能，完成初次烧录后，通过OTA就能方便地升级。建议根据实际情况调整 REF_RSSI （即小车在距离信标1m远处所接收到的信号强度），以改善速度控制、停车控制的效果。
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产品型号
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品类
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封装
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尺寸(mm)
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RAM(KB)
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Flash(KB)
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LE 1M
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LE 2M
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Long Range
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ADV Extension
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内部晶振(KHz)
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GPIO Number
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ADC Channel
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通讯方式
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规格分类
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BLE协议
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适用温度(℃)
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主要接口
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ING91870C
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低功耗蓝牙芯片
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QFN32
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4.0mm*4.0mm*0.75mm,pitch=0.40mm
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128KB
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512KB
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LE 1M
|
LE 2M
|
Long Range
|
ADV Extension
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32KHz
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13
|
2
|
BLE+2.4G
|
工规级蓝牙BLE
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BLE 5.0
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-40℃~125℃
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IO MUX: Uart/I2C/SPI/PWM/GPIO
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