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2.4GHz无线巡更系统概述

1. 概述

在现代治安维持治理中，主要还是依靠安排治安人员定时定点在相关区域进行执勤巡逻。但在实际操作中，仅仅依靠治安人员自行登记时间，难免出现了治安人员迟到、早退或者根本没有到达执勤点等情况。这些情况都会为治安管理带来隐患，并且会纵容执勤人员擅离职守。

为此，迅通科技基于自身在中短距离无线通讯领域的丰富经验，设计了这套2.4GHz无线巡更系统。系统设计MCU选用的单片机型号是nRF24LE1，开发语言为C，开发平台为Keil C、nRFPRG。系统包含了巡更点、巡更棒和巡更管理终端三个部分：

 巡更点：布置在治安人员巡逻区域的中心位置（比如现在放置考勤登记簿的位置），每隔两秒发送一次设定好的ID号（时间间隔和ID号均可设定，ID号长度为5字节，与巡更点一一对应），根据硬件条件和nRF24LE1寄存器配置，信号可覆盖半径几十米到一百多米的区域；

 巡更棒：执勤人员巡逻时随身携带，内部连接有时钟芯片S35390和存储芯片24C128，它接收来自巡更点的ID号，并且可以把ID号和进入该ID的时间、离开该ID的时间存储起来。在巡更管理处可以通过按键触发，将记录的ID信息以无线方式发送给巡更管理终端。巡更棒还可以实现设置时钟芯片时间和擦除存储芯片记录的功能（需要接收到巡更管理终端发送出来的相应的命令）；

 巡更管理终端：放在巡更管理处，是一个无线收发器，通过串口与电脑相连。它接收来自巡更棒发送出来的已记录的巡更点信息（包括ID号、到达时间、离开时间），并且通过串口助手把各个巡更点的信息按照特定格式显示出来。除此之外还可以通过按键触发，给巡更棒发送修改时间命令（设置的时间数据包括年、月、日、时、分，由管理员从串口助手输入）和擦除存储器命令。

2. 巡更点功耗情况

功耗计算

在本次测试中，巡更点每隔2秒发送一次ID号，每个ID包5个字节，地址字节为5字节，发射功率为0dB，空中速率为2Mbps，取消自动应答和自动重发功能。休眠模式为寄存器维持，定时器开启模式，休眠时间为2秒（实测为TS）。

nRF24LE1进入休眠模式的电流IS = 3uA=0.003mA

      休眠时间 TS = 1760ms

由平均电流计算公式得：

IA = （2.75*0.068 + 5.22*0.588 + 9.84*0.084 + 16.01*0.18 + 6.48*0.072 + 0.003*1760）/ 1761 = 8.17uA

假如系统由一颗220mA的纽扣电池供电，假如电量利用率为70%，则使用时间

   TA = 220*0.7*1000 / （8.17*24*365）= 2.15年

 应用案例

现假设有一条马路，治安人员每天都定时在这条路上巡逻维持治安。这条路上有三个考勤点，治安人员每天巡逻到这三个点都要在考勤簿上记录下名字、到达时间、离开时间。这样的考勤方式存在效率低、考勤簿易损坏、治安人员谎报时间等缺点。

现在如果这条路上换上了本考勤系统，考勤效率和可靠度都会得到大幅度提高。系统的运行图示如图1-2所示。

首先在巡逻区域的中心位置布置巡更点。巡更点应该放置在离地面稍微高点不至于被人破坏和盗取的位置，它的工作平均电流大约为8.2uA，采用一颗纽扣电池供电理论上可运行两年，持续工作时间十分可观，保证免去频繁更换电池的烦恼。巡更点每隔2秒发送一次ID信号，信号覆盖范围在理想状态下可达半径150米。

治安人员携带着开启电源的巡更棒在这条道路上巡逻，进入巡更点1的信号覆盖范围后，巡更棒一接收到巡更点1的ID信号，立刻获取时钟芯片时间，而且蜂鸣器会发出一长两短的响声，提醒治安人员已经获取到巡更点1的ID信号，并且巡更棒会记录下ID1和第一次收到ID1的时间T1_1，假设治安人员在离开巡更点1之前最后一次收到ID1信号的时间为T1_n，在离开巡更点1的信号范围6秒钟后，会把T1_n写入存储器，与前面记录下的ID1和T1_1构成一条15字节的巡更点信息，写存储器时蜂鸣器会发出一声响声。

假如治安人员在6秒钟内就进入了巡更点2的信号范围并且在T2_1时刻收到了ID2信号，巡更棒的处理机制会把T2_1的前一个缓存的时间（即T1_n）写入存储器，并且马上写入ID2和T2_1作为巡更点2的ID信号和到达时间。这样的两套检测标准可以确保准确记录下每个巡更点的ID信号以及到达和离开的时间。并且假如治安人员在进入某一巡更点信号覆盖区后，发生故障（比如没电或摔地导致断电）也能记录下该巡更点的ID信息和到达该巡更点的时间。

治安人员巡逻完这3个巡更点后，巡更棒中会记录有3个巡更点的ID号以及它们的到达时间和离开时间。巡逻人员可以回到巡更管理总部，把巡更棒中的数据导出到电脑中。这个的实现是通过按键触发巡更棒读取存储器中的巡更点信息（每各巡更点信息为15字节=5字节ID号+5字节到达时间+5字节离开时间），并发送给巡更管理终端，巡更管理终端接收到巡更点信号后，通过串口以特定格式输出到串口助手中（详细请查看第四章图4-4）。

除此之外巡更管理终端还可以通过按键触发发送设置时间命令和清空存储器记录命令给巡更棒，巡更棒执行相应操作并作出相应反馈（详细请查看第四章第2节）。

巡更棒的存储空间可以存储1092条巡更点信息。假如一个巡逻人员每天负责10个执勤点的巡逻，每天巡逻3次，则可以连续使用36天才需要到巡更管理总部导出数据并清空记录。而且在电脑上可以方便地实现考勤信息的统计，这也大大提高了对巡逻人员的考勤统计的效率。存储芯片支持至少10万次以上的擦写次数，按照以上的巡逻使用频率，则可以使用3000天以上，时钟芯片的日期数据支持2000~2099年，这些都保证了巡更棒具有优秀的使用寿命。