基于無線收發的緊急路況救援提示裝置

高旭峰 付超 栗家旺

摘要：近年來，救援車輛被堵事件時有發生，路段車輛無法提前得知救援車輛經過，導致避讓緩慢。針對道路中車流高峰時期，如何保證救援時效性的問題，文章提出了一種基于單片機及CC1125芯片的無線信號收發器的設計。文章提出發射器總體設計的方案，在方案的基礎上分別從硬件及軟件角度闡述了中遠距離收發無線信號的實現原理。經過收發通信傳輸穩定性的測試仿真實驗，最終表明該設計傳輸穩定性高，救援效率有了一定的提高，對幫助緊急救援車輛快速到達救援地點具有重要的意義。

關鍵詞：射頻；緊急救援；無線收發芯片CC1125

中圖分類號：TN92 ?文獻標志碼：A

0 引言

據統計，全國每年救援車輛（如救護車、消防車等）被堵在救援路上的事時有發生，其主要是由于路段車輛未及時避讓，導致路段擁擠，救援車輛無法通過，從而不能第一時間到達救援地點，錯失最佳救援時機，造成不可挽回的損失。隨著科技的發展，車輛的隔音效果越來越好，救援車輛拉響警報，附近的車輛多數無法及時察覺，從而耽誤救援時間。傳統的車載警示燈，警示范圍小，僅可提醒附近車輛而無法提醒稍遠路段車輛。另外，路上車輛較多時，救援車輛可能會被其他車輛擋住，無法提示其他車輛做出避讓。救援車輛每耽誤一秒對于救援行動來說都是致命的。

如何讓緊急救援車輛通暢行駛是我國目前在緊急救援方面的痛點，在此大背景下，本文設計了一種路況緊急救援提示裝置。該裝置提前讓路段上的司機知曉后方有緊急救援車輛以便及時做出避讓，讓救援車輛能通暢快速到達救援地點，從而解決緊急救援車輛被堵塞的問題。

1 總體方案設計

緊急救援是一個綜合性的問題，涉及環境、人員安全等多個方面。傳統的路況設備難以滿足突發事件發生時及時地救助和處置。裝置設計采用軟硬件結合將已有的無線傳播技術運用到救援車輛警示上，實現技術再創新，再結合新型警示燈實現對路段車輛的提示。與傳統的車載警示燈相比較，路況緊急救援提示裝置將警示燈搬運到路邊，采用范圍式發射信號，讓更遠處的警示燈提前點亮，將后方會有緊急救援車輛通過的信息傳遞給路段車輛，以提前做出避讓。本文設計了一種新型裝置來替代傳統裝置：STM32單片機作為該系統核心控制器，通過射頻收發裝置采集信號并將數據傳輸給中央處理器模塊進行處理后再輸出警示信息。

裝置采用軟件和硬件結合，其中硬件系統將基于CC1125無線信號收發芯片作為信號發射端，采用STM32處理器作為主控芯片［1］。硬件系統主要分為控制模塊、電源穩壓模塊、無線收發模塊、RF放大電路、按鍵模塊、天線模塊、顯示模塊。硬件系統的中心頻率為433MHz，系統工作于410～480MHz的頻率范圍，最大輸出功率可達15 dBm，在無障礙場地傳輸距離在1 200 m以上，符合裝置需求。裝置應用無線通信原理通過無線發射模塊發射數據，接收模塊接收到數據后做出相應應答，再通過接收模塊發射反饋信號給檢測端，實現全雙工通信。信號接收裝置采取路段式安裝，在同一路段同一側安裝同一種觸發信號的信號接收裝置，將相鄰的多個警示燈連接在同一個觸發器上，可節省大量資源。

2 系統硬件設計

2.1 芯片控制

主控芯片采用STM32系列單片機［2］。STM32系列單片機是專為高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式應用設計的內核，具有超前的體系結構，簡單易用、自由度大、低風險且程序資源豐富，可移植性高。綜合本次設計的需求，在電路中單片機通過按鍵輸入模塊采集數據進行處理，并控制無線收發模塊發射相應信號?？紤]MSP430的案例較少且價格較高，所以采用STM32單片機作為此次設計的控制中心，這款單片機在滿足所有設計的基礎上，還極大地降低了整體的設計成本。

2.2 無線收發模塊

無線收發模塊采用TI公司的CC1125無線收發芯片。它是一款完備的、體積小、低功耗的全集成單芯片超高性能射頻（RF）窄帶收發器。該芯片得益于強大的鄰道抑制比（>60 dB），使得其抗干擾能力強于同類型其他產品。CC1125芯片內部集成所有濾波器無須再添加濾波電路。芯片外接TG5032溫度補償晶體振蕩器，TG5032溫度補償晶體振蕩器質地輕薄、體積小具有較優的頻率溫度特征且穩定性強，其頻率不會隨著使用時間的推移而發生大的變化，由于寬泛的工作溫度（-40℃～85℃）使其信號頻率誤差很小，即使工作溫度發生一定變化，該芯片的精準度依然能保持在穩定的狀態，對于安裝環境嚴苛的條件依然可以正常使用。

2.3 電源穩壓模塊

電源穩壓模塊包括穩壓電路、Type-C接口電路、USB轉串口電路和復位按鍵電路。電源穩壓模塊連接到車載電源為單片機、CC1125收發模塊和顯示模塊等提供5 V/1 A的穩定電源。車載電源輸入采用更為普及的Type-C接口，相對于安卓接口Type-C接口傳輸速度更快、效率更高。

穩壓電路由TPS799線性穩壓器來控制，其帶有EN切換的涌入電流保護，運用電阻電容調節電路電壓供給芯片，從而保證電壓穩定。TPS799穩壓器交流性能突出、僅消耗40 μA接地電流，還具備高電源抑制比、快速啟動和負載瞬態響應特性。與陶瓷電容器搭配使用時可保持穩定，并且TPS799使用先進的BiCMOS制造工藝，擁有精密電壓基準和反饋環路，可在全部負載、線路、過程和溫度變化范圍內實現2%的總精度。

USB轉串口電路采用CH340E驅動芯片控制［3］。CH340E兼容USB 2.0，在串口模式下，提供常用的MODEM聯絡信號，用于升級原串口外圍設備，或者通過USB總線為計算機增加額外串口。其外加電平轉換器，可提供RS232，RS422等接口［4］。CH340E在計算機端的Windows操作系統下，驅動程序能夠仿真標準串口，所以絕大部分原串口應用程序完全兼容，通常不需要做任何修改，其串口發送信號的波特率誤差小于0.3％，且為硬件全雙工串口，本身自帶晶振和收發緩沖區，支持3.3 V/5 V電源電壓、50 bps～2Mbps波特率通信，可直接應用于電路中。

2.4 RF放大電路

RF放大電路使用ADL5536 RF放大器。ADL5536是一個20分貝的線性放大器，工作頻率1 GHz。ADL5536提供了內部匹配的中頻增益塊可用的最高動態范圍，這是通過在整個1 GHz頻率范圍內同時提供極低的噪聲數字和非常高的OIP3規格來實現的。它還提供非常平坦的增益和P1dB頻率，在溫度、電源和設備之間都很穩定。

3 系統軟件的設計

當救援車出任務時，隨車人員可通過該軟件選擇需要經過的路段，然后通過軟件控制無線信號發射裝置發射需要經過路段的信號，點亮警示燈。同時在軟件地圖上顯示警示燈的亮滅狀況。

路況緊急救援提示裝置的軟件設計包括主控電路中央處理器控制軟件和發射電路中STM32單片機工作軟件兩部分。程序流程如圖1所示。

主控電路中央處理器控制軟件除了目的地的設置，主要負責與路口燈的通信聯絡。它們之間的通信格式如表1所示。

系統開始后，將發射端串口初始化并置開中斷，CC1125和工作頻率設置、編碼格式、無線數據速率等初始化設置。系統置為發射狀態后，發射端發射信號，接收端的CC1125為接收狀態。當接收端接收到觸發信號后控制警示燈亮，然后接收端的CC1125置為發射狀態，將警示燈的亮滅狀態反饋給發射端，如果警示燈不亮則重新發射信號；如果警示燈亮則發射端接收數據解碼后，經串口送主控電路顯示警示燈已亮。

圖1 軟件流程

4 系統性能測試

系統穩定性測試主要針對CC1125的信號發射與接收之間通信傳輸穩定性進行測試。結果如表2所示。

實際測試表明，系統工作穩定，接收端的警示燈能及時點亮，發射端能實時定位和顯示警示燈的亮滅狀況。

系統的發射端接車載電壓12 V經降壓后采用3.3 V供給能量，在低功耗模式下，電流小于0.3 μA;在發射模式下，工作電流小于51mA;在接收模式下，工作電流小于26mA。接收端采用太陽能發電板為警示燈供電，極大地節省了經費，同時最大化滿足了系統工作的需求。

5 結語

本文針對救援車輛被堵在前往救援路上的問題設計了一種救援提示裝置，該裝置將單片機與CC1125無線收發芯片結合，通過無線傳輸技術對救援路段其他車輛進行提示，減少救援車輛被堵情況，救援效率將有效提高。該設計也存在不足，對于救援車輛已經經過但是仍在無線信號范圍內的路段，警示燈會依然點亮，這會誤導該路段司機，從而無法準確判斷救援車輛是否經過。

參考文獻

［1］李曉林.基于單片機的小功率無線調頻發射器設計［J］.電子世界，2017（8）：176，178.

［2］洪鵬翔，袁寶紅，丁星星.基于STM32的智能緩沖減壓安全車椅設計與實現［J］.無線互聯科技，2021（6）：65-66.

［3］李大雨，劉新文，肖大海.基于CH340的遙控器與PC機接口設計［EB/OL］.（2011-12-30）［2023-03-20］.https：//d.wanfangdata.com.cn/conference/ChZDb25mZXJlbmNlTmV3UzIwMjMwMjI3Egc3NDg1MzYwGgg0OXA0bnN4Ng%3D%3D.

［4］樂章絲，吳青，曾飛，等.帶式輸送機輸送帶壓力檢測系統設計［J］.物流工程與管理，2015（6）：162-164.

［5］吳嘉澍，郭寒軍，王志強.基于無線收發芯片CC1020的電子公交站牌設計［J］.電子技術應用，2007（12）：51-53.

［6］劉雪亭.基于CC1101的無線收發系統設計［J］.電子設計工程，2016（18）：123-125，128.

（編輯 李春燕）

Emergency road condition rescue warning device based on wireless transceiver

Gao? Xufeng， Fu? Chao， Li? Jiawang

（College of Electronic and Electrical Engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract：? In recent years， rescue vehicles have been blocked from time to time， and the vehicles on the road cannot know in advance the passing of rescue vehicles， resulting in slow avoidance. Aiming at the problem of how to ensure the timeliness of rescue during the traffic peak period， a wireless signal transceiver based on single chip microcomputer and CC1125 chip is proposed. Firstly， the overall design scheme of the transmitter is proposed， and secondly， the realization principle of transmitting and receiving wireless signals from the hardware and software perspectives is expounded on the basis of the scheme. Through the test and simulation experiment of the transmission stability of sending and receiving communication， the final result shows that the design has high transmission stability， and the rescue efficiency has been improved to a certain extent， which is of great significance for the relief of emergency rescue vehicles stuck on the rescue road.

Key words： RF; emergency rescue; wireless transceiver chip CC1125