摘 要： 提出了一種基于CC2430 的便攜式無線搜救器的設計方法。該設計方法根據佩戴在遇難人員身上的CC2430 射頻卡發往搜救器的無線數據幀所含的RSSI 值，通過數學轉換為遇難人員與搜救器之間的距離，從而判斷出兩者之間的距離以及遇難者所處的位置，并且運用調度算法優化了通信，增加了在通信繁忙時的數據傳輸的穩定。實驗證明，該設計方法具有良好的精度和靈敏度，滿足實際應用的要求。

　　隨著國家經濟發展，對礦山及煤礦資源的依賴性也日益增大，因此而導致的礦山災害也日益增多。在搶救遇難人員時，方便，快捷，定位精確的搜救系統就顯得尤為重要，本文正是基于這一思想，利用無線射頻芯片自組網的特性，通過佩戴在遇難者身上不斷傳回的數據值，從而確定遇難者的所處位置，并迅速的進行營救。

　　1 無線搜救器原理

　　無線搜救器系統的主要工作原理是在802.15.14/Zigbee 網絡中被稱為終端的射頻卡（佩戴在遇難人員身上）以一個固定的時間頻率往協調器（手持搜救器）發送數據幀，在該數據幀中包括一個接收信號強度值（RSSI），信號強度的衰減和距離成指數衰減的關系，兩者之間的關系為：

　　其中d 表示距離，n 為信號傳播常量，A 為每米信號接收強度，根據實驗數據分析，n 值得最佳范圍為3.25-4.5，A 值得最佳范圍為45-49.對（1）式進行等價變換，可得：

　　然后根據d 的變化便可以動態的得知搜救器與終端之間的距離以及方位的變化。

　　2 系統總體設計

　　整個無線搜救器包括兩部分，一個是射頻卡終端，平常工作時做為人員考勤卡使用，災難發生時，具有定位遇難者位置的功能，主要芯片是CC2430.無線搜救器由三星公司的ARMS3C2440 和CC2430 構成，主要功能為收集射頻卡終端發來的數據并進行定位處理。

　　2.1 無線射頻終端

　　射頻卡終端選用TI 公司的CC2430 做為無線射頻芯片，該芯片是Chipcon 公司生產的首款符合802.15.14/Zigbee 技術的射頻系統單芯片。適用于各種ZigBee 或類似ZigBee 的無線網絡節點，包括調諧器、路由器和終端設備。其具有非常顯著的低成本、低耗電、網絡節點多、傳輸距離遠等優勢，具有以下主要特點：集成符合IEEE802.15.4 標準的RF 無線電收發機；優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；硬件支持CSMA/CA 功能；數字化的RSSI/LQI 支持。

　　CC2430 的硬件應用電路如下圖所示，因為考慮到無線射頻終端每個員工都需佩戴一個，從節約成本角度出發，采取了一種簡單典型的設計方法，電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。

　　圖1 CC2430 電路應用圖

　　電路中的非平衡變壓器由電容 C341 和電感 L341、L321、L331 以及一個 PCB 微波傳輸線組成，整個結構滿足RF 輸入/輸出匹配電阻（50Ω）的要求。內部T/R 交換電路完成LNA 和PA 之間的交換。R221 和R261 為偏置電阻，電阻R221 主要用來為32 MHz的晶振提供一個合適的工作電流。用1 個 32 MHz 的石英諧振器（XTAL1）和2 個電容（C191 和C211）構成一個32MHz 的晶振電路。用1 個32.768 kHz 的石英諧振器（XTAL2）和2 個電容（C441 和C431）構成一個32.768 kHz 的晶振電路。電壓調節器為所有要求1.8V 電壓的引腳和內部電源供電，C241 和 C421電容是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩定性。

　　2.2 無線搜救器

　　無線搜救器由控制模塊、接收模塊、電源模塊、顯示模塊以及存儲模塊組成。控制模塊主要有三星公司的S3C2440 構成，主要負責接收由射頻接收模塊發送過來的數據并對其進行處理，提供實時時鐘及看門狗的功能。通過指示燈和蜂鳴器對搜救工作的狀態進行指示。接收模塊由CC2430 構成，主要負責接收無線射頻終端的數據，802.15.14/Zigbee 協議處理以及執行BI 和SI 的動態調度算法。存儲模塊存儲各種與應用相關的數據，主要通過外部的RAM 和ROM擴展來實現。電源模塊為盡量減少系統的功耗滿足電池供電的要求，在硬件設計中采用了低功耗的器件，如射頻芯片，RS-232 芯片，存儲芯片等都能在3.3V下正常工作。LCD 顯示模塊實時的將遇難者總數，遇難者與搜救器之間的距離，遇難者的個人信息如ID 編號等顯示在LCD 顯示屏上。硬件連接框圖如下所示：

　　圖2 搜救器硬件框圖

　　2.3 系統軟件實現

　　無線搜救器系統分為無線搜救器和人員終端射頻卡兩部分，終端無線搜救器做為網絡中的協調器，負責建立一個信標使能的網絡，并允許有加入請求的終端射頻卡加入到網絡中來，當加入成功后，便可進行數據的傳送，軟件流程圖如圖3 所示。終端射頻卡在無災難發生時作為考情卡使用，當災難發生時則作為定位卡使用，流程如圖4。

　　圖3 協調器流程圖

　　圖4 終端流程圖