基于无线收发的紧急路况救援提示装置

高旭峰 付超 栗家旺

摘要：近年来，救援车辆被堵事件时有发生，路段车辆无法提前得知救援车辆经过，导致避让缓慢。针对道路中车流高峰时期，如何保证救援时效性的问题，文章提出了一种基于单片机及CC1125芯片的无线信号收发器的设计。文章提出发射器总体设计的方案，在方案的基础上分别从硬件及软件角度阐述了中远距离收发无线信号的实现原理。经过收发通信传输稳定性的测试仿真实验，最终表明该设计传输稳定性高，救援效率有了一定的提高，对帮助紧急救援车辆快速到达救援地点具有重要的意义。

关键词：射频；紧急救援；无线收发芯片CC1125

中图分类号：TN92  文献标志码：A

0 引言

据统计，全国每年救援车辆（如救护车、消防车等）被堵在救援路上的事时有发生，其主要是由于路段车辆未及时避让，导致路段拥挤，救援车辆无法通过，从而不能第一时间到达救援地点，错失最佳救援时机，造成不可挽回的损失。随着科技的发展，车辆的隔音效果越来越好，救援车辆拉响警报，附近的车辆多数无法及时察觉，从而耽误救援时间。传统的车载警示灯，警示范围小，仅可提醒附近车辆而无法提醒稍远路段车辆。另外，路上车辆较多时，救援车辆可能会被其他车辆挡住，无法提示其他车辆做出避让。救援车辆每耽误一秒对于救援行动来说都是致命的。

如何让紧急救援车辆通畅行驶是我国目前在紧急救援方面的痛点，在此大背景下，本文设计了一种路况紧急救援提示装置。该装置提前让路段上的司机知晓后方有紧急救援车辆以便及时做出避让，让救援车辆能通畅快速到达救援地点，从而解决紧急救援车辆被堵塞的问题。

1 总体方案设计

紧急救援是一个综合性的问题，涉及环境、人员安全等多个方面。传统的路况设备难以满足突发事件发生时及时地救助和处置。装置设计采用软硬件结合将已有的无线传播技术运用到救援车辆警示上，实现技术再创新，再结合新型警示灯实现对路段车辆的提示。与传统的车载警示灯相比较，路况紧急救援提示装置将警示灯搬运到路边，采用范围式发射信号，让更远处的警示灯提前点亮，将后方会有紧急救援车辆通过的信息传递给路段车辆，以提前做出避让。本文设计了一种新型装置来替代传统装置：STM32单片机作为该系统核心控制器，通过射频收发装置采集信号并将数据传输给中央处理器模块进行处理后再输出警示信息。

装置采用软件和硬件结合，其中硬件系统将基于CC1125无线信号收发芯片作为信号发射端，采用STM32处理器作为主控芯片［1］。硬件系统主要分为控制模块、电源稳压模块、无线收发模块、RF放大电路、按键模块、天线模块、显示模块。硬件系统的中心频率为433MHz，系统工作于410～480MHz的频率范围，最大输出功率可达15 dBm，在无障碍场地传输距离在1 200 m以上，符合装置需求。装置应用无线通信原理通过无线发射模块发射数据，接收模块接收到数据后做出相应应答，再通过接收模块发射反馈信号给检测端，实现全双工通信。信号接收装置采取路段式安装，在同一路段同一侧安装同一种触发信号的信号接收装置，将相邻的多个警示灯连接在同一个触发器上，可节省大量资源。

2 系统硬件设计

2.1 芯片控制

主控芯片采用STM32系列单片机［2］。STM32系列单片机是专为高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式应用设计的内核，具有超前的体系结构，简单易用、自由度大、低风险且程序资源丰富，可移植性高。综合本次设计的需求，在电路中单片机通过按键输入模块采集数据进行处理，并控制无线收发模块发射相应信号。考虑MSP430的案例较少且价格较高，所以采用STM32单片机作为此次设计的控制中心，这款单片机在满足所有设计的基础上，还极大地降低了整体的设计成本。

2.2 无线收发模块

无线收发模块采用TI公司的CC1125无线收发芯片。它是一款完备的、体积小、低功耗的全集成单芯片超高性能射频（RF）窄带收发器。该芯片得益于强大的邻道抑制比（>60 dB），使得其抗干扰能力强于同类型其他产品。CC1125芯片内部集成所有滤波器无须再添加滤波电路。芯片外接TG5032温度补偿晶体振荡器，TG5032温度补偿晶体振蕩器质地轻薄、体积小具有较优的频率温度特征且稳定性强，其频率不会随着使用时间的推移而发生大的变化，由于宽泛的工作温度（-40℃～85℃）使其信号频率误差很小，即使工作温度发生一定变化，该芯片的精准度依然能保持在稳定的状态，对于安装环境严苛的条件依然可以正常使用。

2.3 电源稳压模块

电源稳压模块包括稳压电路、Type-C接口电路、USB转串口电路和复位按键电路。电源稳压模块连接到车载电源为单片机、CC1125收发模块和显示模块等提供5 V/1 A的稳定电源。车载电源输入采用更为普及的Type-C接口，相对于安卓接口Type-C接口传输速度更快、效率更高。

稳压电路由TPS799线性稳压器来控制，其带有EN切换的涌入电流保护，运用电阻电容调节电路电压供给芯片，从而保证电压稳定。TPS799稳压器交流性能突出、仅消耗40 μA接地电流，还具备高电源抑制比、快速启动和负载瞬态响应特性。与陶瓷电容器搭配使用时可保持稳定，并且TPS799使用先进的BiCMOS制造工艺，拥有精密电压基准和反馈环路，可在全部负载、线路、过程和温度变化范围内实现2%的总精度。

USB转串口电路采用CH340E驱动芯片控制［3］。CH340E兼容USB 2.0，在串口模式下，提供常用的MODEM联络信号，用于升级原串口外围设备，或者通过USB总线为计算机增加额外串口。其外加电平转换器，可提供RS232，RS422等接口［4］。CH340E在计算机端的Windows操作系统下，驱动程序能够仿真标准串口，所以绝大部分原串口应用程序完全兼容，通常不需要做任何修改，其串口发送信号的波特率误差小于0.3％，且为硬件全双工串口，本身自带晶振和收发缓冲区，支持3.3 V/5 V电源电压、50 bps～2Mbps波特率通信，可直接应用于电路中。

2.4 RF放大电路

RF放大电路使用ADL5536 RF放大器。ADL5536是一个20分贝的线性放大器，工作频率1 GHz。ADL5536提供了内部匹配的中频增益块可用的最高动态范围，这是通过在整个1 GHz频率范围内同时提供极低的噪声数字和非常高的OIP3规格来实现的。它还提供非常平坦的增益和P1dB頻率，在温度、电源和设备之间都很稳定。

3 系统软件的设计

当救援车出任务时，随车人员可通过该软件选择需要经过的路段，然后通过软件控制无线信号发射装置发射需要经过路段的信号，点亮警示灯。同时在软件地图上显示警示灯的亮灭状况。

路况紧急救援提示装置的软件设计包括主控电路中央处理器控制软件和发射电路中STM32单片机工作软件两部分。程序流程如图1所示。

主控电路中央处理器控制软件除了目的地的设置，主要负责与路口灯的通信联络。它们之间的通信格式如表1所示。

系统开始后，将发射端串口初始化并置开中断，CC1125和工作频率设置、编码格式、无线数据速率等初始化设置。系统置为发射状态后，发射端发射信号，接收端的CC1125为接收状态。当接收端接收到触发信号后控制警示灯亮，然后接收端的CC1125置为发射状态，将警示灯的亮灭状态反馈给发射端，如果警示灯不亮则重新发射信号；如果警示灯亮则发射端接收数据解码后，经串口送主控电路显示警示灯已亮。

图1 软件流程

4 系统性能测试

系统稳定性测试主要针对CC1125的信号发射与接收之间通信传输稳定性进行测试。结果如表2所示。

实际测试表明，系统工作稳定，接收端的警示灯能及时点亮，发射端能实时定位和显示警示灯的亮灭状况。

系统的发射端接车载电压12 V经降压后采用3.3 V供给能量，在低功耗模式下，电流小于0.3 μA;在发射模式下，工作电流小于51mA;在接收模式下，工作电流小于26mA。接收端采用太阳能发电板为警示灯供电，极大地节省了经费，同时最大化满足了系统工作的需求。

5 结语

本文针对救援车辆被堵在前往救援路上的问题设计了一种救援提示装置，该装置将单片机与CC1125无线收发芯片结合，通过无线传输技术对救援路段其他车辆进行提示，减少救援车辆被堵情况，救援效率将有效提高。该设计也存在不足，对于救援车辆已经经过但是仍在无线信号范围内的路段，警示灯会依然点亮，这会误导该路段司机，从而无法准确判断救援车辆是否经过。

参考文献

［1］李晓林.基于单片机的小功率无线调频发射器设计［J］.电子世界，2017（8）：176，178.

［2］洪鹏翔，袁宝红，丁星星.基于STM32的智能缓冲减压安全车椅设计与实现［J］.无线互联科技，2021（6）：65-66.

［3］李大雨，刘新文，肖大海.基于CH340的遥控器与PC机接口设计［EB/OL］.（2011-12-30）［2023-03-20］.https：//d.wanfangdata.com.cn/conference/ChZDb25mZXJlbmNlTmV3UzIwMjMwMjI3Egc3NDg1MzYwGgg0OXA0bnN4Ng%3D%3D.

［4］乐章丝，吴青，曾飞，等.带式输送机输送带压力检测系统设计［J］.物流工程与管理，2015（6）：162-164.

［5］吴嘉澍，郭寒军，王志强.基于无线收发芯片CC1020的电子公交站牌设计［J］.电子技术应用，2007（12）：51-53.

［6］刘雪亭.基于CC1101的无线收发系统设计［J］.电子设计工程，2016（18）：123-125，128.

（编辑 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