一種應用于地鐵站的無線乘客求助系統的研究

    2．2 管理終端設計

    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，還要完成與計算機的有線信息傳輸。所以管理終端在求助終端的基礎上又增加了一片單片機與接口模塊。本文采用標準RS 232C接口模塊，采用MAXIM公司生產的MAX232A芯片將微單片機的TTL電平與計算機串口標準RS 232C電平進行相互轉換。

    2．3 中繼器的使用分析

    地鐵站是一個環境復雜的公共場所，其中建筑物多，各種射頻設備干擾復雜，無線傳輸模塊發送的信號經過衰減和干擾后很難可靠傳送，經過試驗，10 dBm的發射功率其可靠通信距離只有30～40 m左右，而地鐵站長達數百米。要實現可靠的無線數據通信，可采用以下兩種方案實現：

    方案一：通過增加無線發射的功率實現數據的遠距離傳輸。

    方案二：通過增設無線中繼器拓展傳輸網絡，實現遠距離傳輸。

    方案二相比于方案一有功耗低，對人體健康影響小，對地鐵站內其他設備干擾小的優點。所以本文選擇中繼器用來延長無線傳輸距離。

    自由空間傳播時的無線通信距離的計算方法：天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想條件。電波在自由空間傳播時，其能量既不會被障礙物所吸收，也不會產生反射或散射。通信距離與發射功率、發射頻率和接收靈敏度的關系式：

    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，當傳輸損耗一定時，載波頻率越低，傳輸距離越遠，所以本文選擇nRF905工作頻率為433 MHz。

    本文中無線收發模塊nRF905的工作頻率為433．92 MHz，發射功率為+10 d13m(10 mW)，接收靈敏度為-100dBm。由此可得：

    Los=110 dB

    由式(1)計算可得，在自由空間傳播時的無線通信距離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，無線信號強度在遇到傳播途徑中的大氣、建筑物等影響因素時都會衰減，從而大大降低了無線信號的傳輸距離。當衰減大于25 dB時，nRF905的有效傳輸距離將小于100m。

    在室內無線通信時，電磁波會受到墻壁、門窗等阻擋物的衰減，

　　　　經過在地鐵站內的實際觀察，參考表2可得出地鐵站內對無線信號的衰減將在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中繼器。

    3 軟件設計

    3．1 軟件抗干擾設計

    地鐵站內環境復雜，干擾源眾多，會對地鐵無線乘客求助系統信息的準確傳輸產生影響。通過軟件控制系統的工作流程，可以有效減弱系統所受到的干擾。

    地鐵無線求助系統的工作流程如下：

    (1)管理終端通過無線收發模塊向第一臺求助終端發送上傳乘客求助信號的命令。

    (2)如果第一臺求助終端有乘客求助申請，則求助終端向管理終端發出求助申請信號。如果第一臺求助終端沒有乘客求助申請，則返回第一步向第二臺求助終端發送上傳乘客求助信號的命令。

    (3)管理終端接到第一臺求助終端發送的乘客求助申請信號后，發出批準信號。

    (4)第一臺求助終端接收到批準信號后，將存儲在其寄存器中的乘客求助信息發送至管理終端。

    (5)管理終端接收到第一臺求助終端的乘客求助信息后將其存儲至寄存器，并返回第一步向第二臺求助終端發出上傳乘客求助命令信號。

    (6)管理終端完成一次對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算機。

    (7)求助終端則利用掃描間隙接收乘客求助按鈕發出的乘客求助信息并將其存至求助終端寄存器。

    3．2 管理終端軟件設計

    管理終端開機便進行初始化，然后進入掃描求助終端狀態。當接收到乘客求助請求信號后，便發出批準信號，收到乘客求助信息后便將乘客求助信息存入寄存器，并繼續掃描下一臺求助終端，直至一輪掃描完成后，將乘客求助信息傳送至計算機，然后開始下一輪掃描。其工作流程如圖4所示。