地铁站内无线乘客求助系统设计方案

数据的远距离传输。

方案二：通过增设无线中继器拓展传输网络，实现远距离传输。

方案二相比于方案一有功耗低，对人体健康影响小，对地铁站内其他设备干扰小的优点。所以本文选择中继器用来延长无线传输距离。

自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。通信距离与发射功率、发射频率和接收灵敏度的关系式：

Los=32.44+20lg d+20lgf （1）

式中：Los表示传输损耗，单位：dB;d为传输距离，单位：km;f为载波频率，单位：MHz.

由式（1）可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当传输损耗一定时，载波频率越低，传输距离越远，所以本文选择nRF905工作频率为433 MHz.

本文中无线收发模块nRF905的工作频率为433.92 MHz,发射功率为+10 d13m（10 mW），接收灵敏度为-100dBm.由此可得：

Los=110 dB

由式（1）计算可得，在自由空间传播时的无线通信距离d=30km.

这是在室外无任何障碍物和干扰源的情况下的理想传输距离，而在地铁站中中，无线信号强度在遇到传播途径中的大气、建筑物等影响因素时都会衰减，从而大大降低了无线信号的传输距离。当衰减大于25 dB时，nRF905的有效传输距离将小于100m.

在室内无线通信时，电磁波会受到墙壁、门窗等阻挡物的衰减，在工程应用中可按表2选取衰减值。

表2 433MHz和868MHz频段室内衰减表

经过在地铁站内的实际观察，参考表2可得出地铁站内对无线信号的衰减将在25 dB左右甚至超过25 dB,所以管理终端和求助终端之间至少需要使用一台中继器。

3 软件设计

3.1 软件抗干扰设计

地铁站内环境复杂，干扰源众多，会对地铁无线乘客求助系统信息的准确传输产生影响。通过软件控制系统的工作流程，可以有效减弱系统所受到的干扰。

地铁无线求助系统的工作流程如下：

（1）管理终端通过无线收发模块向第一台求助终端发送上传乘客求助信号的命令。

（2）如果第一台求助终端有乘客求助申请，则求助终端向管理终端发出求助申请信号。如果第一台求助终端没有乘客求助申请，则返回第一步向第二台求助终端发送上传乘客求助信号的命令。

（3）管理终端接到第一台求助终端发送的乘客求助申请信号后，发出批准信号。

（4）第一台求助终端接收到批准信号后，将存储在其寄存器中的乘客求助信息发送至管理终端。

（5）管理终端接收到第一台求助终端的乘客求助信息后将其存储至寄存器，并返回第一步向第二台求助终端发出上传乘客求助命令信号。

（6）管理终端完成一次对所有求助终端的扫描，再将其寄存器中的乘客求助信息通过串行接口传送至计算机。

（7）求助终端则利用扫描间隙接收乘客求助按钮发出的乘客求助信息并将其存至求助终端寄存器。

3.2 管理终端软件设计

管理终端开机便进行初始化，然后进入扫描求助终端状态。当接收到乘客求助请求信号后，便发出批准信号，收到乘客求助信息后便将乘客求助信息存入寄存器，并继续扫描下一台求助终端，直至一轮扫描完成后，将乘客求助信息传送至计算机，然后开始下一轮扫描。其工作流程如图4所示。

图4　管理终端工作流程图

3.3 求助终端软件设计

求助终端开机后处于射频接收模式，系统查询扫描乘客求助按钮，如果没有按下则继续等待。如果扫描到乘客求助按钮被按下，则将乘客求助信息存入寄存器等待发送。当接收到管理终端发送来的命令信号，则发出乘客求助信息申请信号并等待批准信号，接到管理终端的批准信号后发送乘客求助信息，随后继续扫描乘客求助按钮。其工作流程如图5所示。

图5　求助终端工作流程图

4 结语

本设计在原有无线通信系统上针对无线收发模块进行了无线信号在地铁站环境中的衰减分析，先从理论上证明了无线收发模块在地铁站内的有效传输距离会大大减小甚至不足百米。通过在空旷环境和地铁站内对本系统的测试，验证了理论分析的可行性，站内环境对系统的衰减严重。本设计讨论了解决方案并最终选择使用中继器延长无线收发模块的传输距离。该无线乘客求助系统在其他复杂环境公共场所同样适用。