一種應(yīng)用于地鐵站的無線乘客求助系統(tǒng)的研究
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2．2 管理終端設(shè)計(jì)
由于管理終端除了要完成求助終端一樣的無線信息傳輸功能外，還要完成與計(jì)算機(jī)的有線信息傳輸。所以管理終端在求助終端的基礎(chǔ)上又增加了一片單片機(jī)與接口模塊。本文采用標(biāo)準(zhǔn)RS 232C接口模塊，采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232A芯片將微單片機(jī)的TTL電平與計(jì)算機(jī)串口標(biāo)準(zhǔn)RS 232C電平進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。
2．3 中繼器的使用分析
地鐵站是一個(gè)環(huán)境復(fù)雜的公共場所，其中建筑物多，各種射頻設(shè)備干擾復(fù)雜，無線傳輸模塊發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過衰減和干擾后很難可靠傳送，經(jīng)過試驗(yàn)，10 dBm的發(fā)射功率其可靠通信距離只有30～40 m左右，而地鐵站長達(dá)數(shù)百米。要實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)通信，可采用以下兩種方案實(shí)現(xiàn)：
方案一：通過增加無線發(fā)射的功率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。
方案二：通過增設(shè)無線中繼器拓展傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
方案二相比于方案一有功耗低，對(duì)人體健康影響小，對(duì)地鐵站內(nèi)其他設(shè)備干擾小的優(yōu)點(diǎn)。所以本文選擇中繼器用來延長無線傳輸距離。
自由空間傳播時(shí)的無線通信距離的計(jì)算方法：天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想條件。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。通信距離與發(fā)射功率、發(fā)射頻率和接收靈敏度的關(guān)系式：
Los=32．44+20lg d+20lgf (1)
式中：Los表示傳輸損耗，單位：dB；d為傳輸距離，單位：km；f為載波頻率，單位：MHz。
由式(1)可見，自由空間中電波傳播損耗(亦稱衰減)只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)傳輸損耗一定時(shí)，載波頻率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)，所以本文選擇nRF905工作頻率為433 MHz。
本文中無線收發(fā)模塊nRF905的工作頻率為433．92 MHz，發(fā)射功率為+10 d13m(10 mW)，接收靈敏度為-100dBm。由此可得：
Los=110 dB
由式(1)計(jì)算可得，在自由空間傳播時(shí)的無線通信距離d=30km。
這是在室外無任何障礙物和干擾源的情況下的理想傳輸距離，而在地鐵站中中，無線信號(hào)強(qiáng)度在遇到傳播途徑中的大氣、建筑物等影響因素時(shí)都會(huì)衰減，從而大大降低了無線信號(hào)的傳輸距離。當(dāng)衰減大于25 dB時(shí)，nRF905的有效傳輸距離將小于100m。
在室內(nèi)無線通信時(shí)，電磁波會(huì)受到墻壁、門窗等阻擋物的衰減，在工程應(yīng)用中可按表2選取衰減值。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/160426.htm
經(jīng)過在地鐵站內(nèi)的實(shí)際觀察，參考表2可得出地鐵站內(nèi)對(duì)無線信號(hào)的衰減將在25 dB左右甚至超過25 dB，所以管理終端和求助終端之間至少需要使用一臺(tái)中繼器。
3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 軟件抗干擾設(shè)計(jì)
地鐵站內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，干擾源眾多，會(huì)對(duì)地鐵無線乘客求助系統(tǒng)信息的準(zhǔn)確傳輸產(chǎn)生影響。通過軟件控制系統(tǒng)的工作流程，可以有效減弱系統(tǒng)所受到的干擾。
地鐵無線求助系統(tǒng)的工作流程如下：
(1)管理終端通過無線收發(fā)模塊向第一臺(tái)求助終端發(fā)送上傳乘客求助信號(hào)的命令。
(2)如果第一臺(tái)求助終端有乘客求助申請(qǐng)，則求助終端向管理終端發(fā)出求助申請(qǐng)信號(hào)。如果第一臺(tái)求助終端沒有乘客求助申請(qǐng)，則返回第一步向第二臺(tái)求助終端發(fā)送上傳乘客求助信號(hào)的命令。
(3)管理終端接到第一臺(tái)求助終端發(fā)送的乘客求助申請(qǐng)信號(hào)后，發(fā)出批準(zhǔn)信號(hào)。
(4)第一臺(tái)求助終端接收到批準(zhǔn)信號(hào)后，將存儲(chǔ)在其寄存器中的乘客求助信息發(fā)送至管理終端。
(5)管理終端接收到第一臺(tái)求助終端的乘客求助信息后將其存儲(chǔ)至寄存器，并返回第一步向第二臺(tái)求助終端發(fā)出上傳乘客求助命令信號(hào)。
(6)管理終端完成一次對(duì)所有求助終端的掃描，再將其寄存器中的乘客求助信息通過串行接口傳送至計(jì)算機(jī)。
(7)求助終端則利用掃描間隙接收乘客求助按鈕發(fā)出的乘客求助信息并將其存至求助終端寄存器。
評(píng)論