基于无线局域网的矿下定位卡设计与实现

配置，容易和主配置的PCB连接。并还带有一个外接的天线接口。Mini Secure Socket iWiFi不需要或者很少的软件配置就可以访问无线LAN。Connectone的高层AT+iTM API使主处理器设备不需要增加WiFi设备、网络和安全协议。AT+i SerialNET操作模式提供一种真正的"即插即用"，使主处理器不需要任何修改。Mini Secure Socket iWiFi固件(IP协议栈和Intemet配置参数)存贮在外部Flash中。iWiFi是一种节能的模块，当I／O工作在3．3 V时，内核工作在1．2 V，节能模式下，功耗将更少。

　　1．4 天线及其匹配电路设计

　　天线性能的优劣直接决定系统性能的好坏，考虑到定位卡小型化、高灵活性、低价位的基于2．4 GHz的近距离无线传输的特点，长度为λ／4的单极天线射频系统的组件，和发射模块设计在同一块电路板上，不仅设计方便，还可以通过改变天线的长度来细调射频系统的性能。

　　为了保证模块产生的高频信号最有效地发射出去，实现信号的较远距离传输，必须在天线和模块的ANT1、ANT2端提供天线的匹配网络，该网络有L1，L2，L3，C3，C4，C7，C8，C9等器件组成，能够与天线形成谐振，保证所有能量全部加在天线上。

　　结合应用实际，定位卡采用1．6 mm厚的RF4材质的双层板，在板的顶部和底部均有地层以保证所有器件良好接地。另外，在每个关键的模拟器件的周围都有充分的接地区域，顶层和底层之间通过大量地过孔连接，以增强卡片的抗干扰能力。

　　2 定位卡软件设计

　　定位卡硬件系统设计主要是围绕抗干扰、低功耗等方面进行重点设计的。因而，软件设计也需要围绕这几个方面进行，采用模块化设计思想运用C语言编程实现定位卡功能。

　　2．1 软件功能流程设计

　　定位卡软件主要有以下3部分组成：主程序模块、电源低电压检测程序模块、组织发送数据程序模块。主程序模块实现对微处理器MCU和 Mini Socket iWiFi模块的初始化配置，然后进入掉电模式，以节省电能；电源低电压检测程序模块负责对电池电压的定时监测，在定位卡上完成欠压指示功能的同时，把欠压信息送入发射缓冲区，做为定位卡发送数据包的一部分进行无线传输；组织发送数据程序模块完成接收地址、定位卡MAC地址、无线信号强度信息及电池状态等有效信息由微处理器到发射模块Mini Socket iWiFi模块传递。其中，电源低电压检测程序和组织发送数据程序共同构成定位卡的中断程序。

　　2．2 主程序设计

　　首先，关闭内部看门狗，防止主程序在对器件配置期间引起复位中断。由前面硬件部分知，微处理器可以通过选择不同的振荡源来降低本身功耗。该型处理器有4种基本的时钟源，在此通过配置时钟系统寄存器采用内部低功率，低频率振荡器Vloclk，能够产生12 kHz典型频率。对发射模块Mini Socket iWiFi模块的初始化设置主要包括：测试模块是否工作正常、设置连接参数等；然后，为电源检测计数器、指示1min闪烁次数计数器等寄存器赋初值；打开内部看门狗；设置定时及其初始；为节省能量，使程序进入掉电模式，等待定时器中断唤醒，进入中断服务程序，如图3所示。

　　2．3 中断程序设计

　　中断服务程序是定位卡软件的核心部分，它控制着定位卡的无线信号强度信息的收集、发送和电池能量的低电压检测功能，其流程图如图4所示。

　　2．4 数据发送模块设计

　　数据发送模块是定位卡软件的核心部分，它直接影响定位卡的性能和数据无线传输的准确性。发射模块定时初始化的前提下，该模块根据电池状态和自身的标识号组织要发送的数据和校验码。如图5所示。

　　3 非功能性需求设计

　　3．1 抗干扰设计

　　在煤矿井下密闭巷道中，定位卡受到干扰主要有对卡片本身的干扰和对卡片发送数据的干扰。其中，对卡片本身的干扰源主要来自于井下大功率的高压变频设备，这种设备产生强电磁场，使定位卡程序混乱，出现"死机"问题。阻止这种干扰要从PCB设计考虑，芯片布局时使微处理器和发射模块的数字引脚尽量靠近，并且用地线包围来增加屏蔽效果。另一方面，降低功耗性能的指标，采用外部晶振和外部独立的看门狗。

目前，最可能引入干扰的部分是数据在空间无线传输。数据在空间无线传输时，遇到强躁声干扰，使有用信号衰减到无线AP接收灵敏度以下，出现漏卡。如果有用信号在强噪声的干扰下，出现信号异常，这种异常信号恰好能被读卡器接收，就出现多卡，强噪声有两种：一种是煤矿井下的高频设备产生的电磁场。另一种是上班高峰时，多张卡片云集，形成多径干扰，考虑到卡片差异性，弱信号在强信号的反射、折射等信号的干扰下失真。针对这两种问题从以下方面设计：

　　(1)选择质量好的电感L1，L2和L3，促进匹配网络与天线的和谐，尽量使发射的有用信号全部加载在天线上，增强空中有效信号的强度，提高信噪比，减少卡片在有效信号强度方面的差异。