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室內系統設計論文:室內環境質量無線監測系統設計

摘 要：高校實驗室在上課期間，人員集中，室內環境質量惡劣，對師生的健康和學習效率有著很大的影響。文中選擇高校實驗室作為研究對象，通過對實驗室室內環境監測技術的研究，為營造健康舒適的高校室內環境提供了一種技術支持，從而為實現高校室內環境質量的健康可持續發展奠定了基礎。

關鍵詞：室內環境質量監測；溫濕度；光照；ZigBee

0 引 言

健康舒適的室內環境對任何一種建筑來說都尤為重要，實驗室作為人員密集型建筑，良好的室內環境有助于提高學生的學習效率。如果溫度過高或過低，濕度過濕（高于70%）或過燥（低于30%），光照的過明或過暗，都會使學生產生不適感，影響正常排汗和情緒、降低注意力。由此可見，實驗室環境的不盡人意，在無形中影響了學生的健康和學習效率。因此，開發了室內環境質量無線監測系統，以便24小時監控實驗室的環境質量參數。本無線檢測系統的主要特點如下：（1）該系統可以延長實驗室里面設備的使用壽命，為設備提供一個安全的使用環境；（2）該系統能夠提高管理效率，溫濕度數據可以遠程傳輸，管理人員在巡查的時候不必到機房去就可以遠程了解實驗室的環境問題；（3）本系統可以代替管理人員24小時監控非上班時間實驗室存在的安全隱患，達到對實驗室遠程監控的目的。

1 系統總體設計

在日常生活中，由于存在個體差異，在各種條件下要找到一個單一的指標來準確反映人體對環境的舒適性是很困難的。因此，在環境舒適性的檢測過程中，我們往往關注三個比較重要的影響環境舒適性的因素：溫度、濕度、照度。所以本系統針對實驗室的環境分別采集溫度、濕度、照度這三個因素來衡量實驗室環境的舒適性。系統的總體設計框圖如圖1所示。

圖1 室內環境無線監測系統的總體設計框圖

本文所述的室內環境無線監測系統分為硬件設計方案和軟件設計方案兩部分。

1.1 硬件設計方案

該系統采用模塊化的硬件設計，由STC12系列單片機微控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器、CC2530芯片的ZigBee收發模塊、液晶顯示模塊、電源模塊等組成。該終端具有室內環境參數的自動采集、計算處理等功能，它可以連續自動地測量溫度、濕度、光照這些指標，各種要素經過傳感器將模擬量轉化成相應數字量，供采集器定時處理后給單片機進行處理，實現數據的采集、顯示及無線傳輸。

1.2 軟件設計方案

室內環境無線監測系統的軟件設計由主程序、溫濕度傳感器驅動子程序、光照傳感器驅動子程序、LCD12864液晶顯示子程序、串口通信子程序等組成。對于硬件方案用到的編程軟件其中包括對于微控STC12C5A60S2進行C語言程序編譯的Keil軟件，將Keil軟件生成的.hex頭文件燒錄至MCU中的下載軟件STC-ISP中。

2 室內環境質量無線監測系統的硬件設計

實驗室室內環境質量無線采集系統在硬件設計過程中，使用了模塊化的設計方法，分別為微處理器電路設計、數據采集模塊電路設計、顯示模塊電路設計、串口通信電路設計、無線收發模塊。在本系統中，對實驗室室內環境質量參數數據的采集主要依靠各種傳感器，如溫濕度傳感器AM2301、照度傳感器模塊GY30。這些傳感器的工作原理是利用物質各種物理性質隨環境變化的規律把溫度、濕度、照度等轉換為模擬量或數字量進行輸出，通過單片機采集這些電量數據并對其進行計算即可確定各環境參數的數值。在室內環境質量無線監測系統的設計中，本文使用了STC12C5A60S2單片機進行設計。具體包括：單片機最小系統，溫濕度接口電路，光照接口電路，接口電路，電源電路，串口通信接口電路。

2.1 MCU的選型

本系統設計采用的是STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2 在眾多的51系列單片機中，算是國內STC 公司的1T增強系列中更具有競爭力的一種，因為他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內具有Flash工藝的大容量程序存儲器。如STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60 K的 FlashROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可進行加密，很好地保護了用戶的勞動成果。

2.2 溫濕度傳感器AM2301

DHT21數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。

2.3 光照傳感器模塊GY30

本系統采用新型單片測光芯片GY30模塊，該模塊的工作電壓為3.3 V，內置了BH1750芯片，可以對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定，實現了照明度（1～65 536勒克斯）數字值的直接輸出。主控器通過I2C（Inter-Integrated Circuit） 通訊接口讀取GY30采集到的數據，然后按照用戶要求的形式通過界面將數據呈現出來。

2.4 ZigBee數據傳輸模塊選型

本系統中所使用的ZigBee模塊為某電子公司的無線模塊，該無線模塊在產品類型中分為三種：ZigBee（Coordinator-協調器）模塊、ZigBee Router（路由器）模塊、ZigBee End Device（終端設備）模塊。 ZigBee能耗無線監測終端的硬件設計中，無線ZigBee模塊（Router-路由器）的功能是以無線方式發送數據資料包，并尋找最適合的路由路徑，當有其他終端節點加入時，其也可為其他終端節點分配地址。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，其內部包含一個8051 CPU，且系統內可編程，其支持TI官方指定的IAR編譯軟件，并具備8 KB RAM，因此，CC2530是一個完整的SoC解決方案。通過其可以建立強大的無線傳感器網絡。

2.5 ST7920型12864液晶顯示模塊

為了在節約硬件資源的基礎上可以得到更豐富的顯示內容，并考慮到低功耗的要求，本系統設計中的顯示電路采用ST7920型12864帶字庫的液晶顯示模塊。

3 室內環境質量無線監測系統軟件設計

本節的主要內容是進行室內環境質量無線監測系統的軟件設計，軟件設計的核心為底層硬件溫濕度傳感器AM2301模塊、光照傳感器GY30模塊、LCD12864液晶、串口通信等編寫驅動程序，使得監測系統在上電后可以分別正常監測溫濕度值、光照值的顯示，及進行串口通信。室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖如圖2所示。

圖2 室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖

3.1 溫濕度傳感器AM2301驅動子程序設計

DATA數據線用于MCU與 AM2301之間的通信。四十比特完整的數據=十六比特的濕度數據值+十六比特的溫度數據值+八比特校驗和。例如，接收四十比特的數值，溫濕度傳感器AM2301的數據格式如圖3所示。

圖3 溫濕度傳感器AM2301的數據格式

空閑時總線為高電平，通訊開始MCU拉低總線1～10ms，然后釋放總線，延時20～40 μs后主機開始檢測響應信號。從機AM2301的響應信號是一個80 μs左右的低電平，隨后從機在拉高總線80 μs左右代表即將進入數據傳送。長的高電平代表的是信號1；短的高電平代表的是信號0。溫濕度傳感器AM2301數據傳輸的時序圖如圖4所示。

圖4 溫濕度傳感器AM2301的數據傳輸時序圖

3.2 光照傳感器GY30驅動子程序設計

GY30與主控器之間的通訊使用I2C通訊協議。時鐘線為高電平時，數據線由高電平向低電平變化表示開始信號；時鐘線為高電平期間，數據線由低向高變化表示結束信號。I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖如圖5所示。

圖5 I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖

3.3 串口通信子程序設計

上位機對單片機所存儲的數據的讀取是通過USART實現的。由于單片機內部集成有USART模塊，因此MCU只需要連接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，單片機要設置異步通信的比特率數據位、停止位、校驗方式等，最后才打開中斷。在本系統中，異步串口通訊模塊比特率設置為9 600，通信模式采用模式l，即每次發送的有效數據為8位，另加一位停止位。串口通信的軟件設計流程圖如圖6所示。

4 結 語

本文針對室內環境質量的關鍵問題，基于物聯網技術，采用無線數據采集與傳輸等先進信息技術手段，準確采集室內環境質量數據，使實驗室室內環境質量在計量、采集、統計方面更加完善，同時確保實驗室的正常、高效、健康、穩定地運行。管理人員只需要通過網絡就可以了解實驗室環境的實際情況，從而極大地減輕對實驗室的管理工作，實現實驗室的科學管理。

室內系統設計論文:基于DW1000的超寬帶室內定位系統設計

摘要：為了提高室內無線傳感器網絡的定位精度，設計了一個基于UWB的無線傳感器網絡定位系統，該系統在上位機軟件上運用TDOA算法進行定位計算，硬件設計上錨節點采用decaWave公司生產的DW1000為無線收發芯片，在其控制器STM32內部寫入嵌入式程序，完成數據記錄、收發。該系統理論定位精度可達到10cm，抗多徑能力強、穩定性高，為無線網絡傳感器定位提供了更多的參考。

關鍵詞：無線傳感器網絡 UWB TDOA DW1000

隨著物聯網時代的到來，人類已經置身于信息時代，一種全新的UWB技術與21世紀最具影響力的無線傳感器網絡的完美結合，正在改變著科技，改變著人類工作生活的方式，連通了現實社會、計算機世界、人類社會這三元世界。人類社會對目標進行檢測、定位、跟蹤和導航要求日益增高，尤其在環境復雜的室內，常常需要確定物品與設施的具體位置，所以急切需要開發通信能力強、成本小、能耗低、可靠性高的定位系統。相比于其他無線傳感器網絡通信技術，基于UWB[1]的無線傳感器網絡技術低功耗、低成本、高容量、高安全性的特點，非常適合于多點數據通信搭建室內定位平臺。

1 系統構架和定位原理

1.1 系統整體構架

本定位系統主要由硬件和軟件兩部分構成，硬件部分是基于UWB（IEEE802.15.4）協議的無線傳感器網絡，其中包括標簽節點（Tag）、錨節點（Anchor），軟件部分包括硬件嵌入式軟件和運行于上位機上的實時定位系統（RTLS）軟件。 在系統中錨節點的設計是關鍵，錨節點對標簽節點TOA信息進行的記錄[2] [3]，并且，記錄錨節點之間的時間同步信息，然后發送給上位機定位軟件，由上位機定位軟件完成TDOA[4]定位分析計算，定位位置顯示，并對Anchor/Tag進行配置管理。如圖1所示。

1.2 定位原理

定位系統基于TDOA定位方法，這種方法只要求錨節點之間同步，不要求錨節點與標簽之間同步，便與工程實現。通過標簽節點向位置已知的錨節點發送無線電波信號，測量出標簽節點到達錨節點的時間差，因為在空氣中無線電波傳播的速度近似于光速，所以，可以得到標簽節點到錨節點的距離差，然后根據雙曲線原理，利用最小二乘可以求出標簽節點的坐標[5]，完成定位。如圖2所示。

已知有三個錨節點A 、B 、C 的坐標，未知標簽節點T ，T到A與T到B的距離差 ，T到A與T到C的距離差 ，根據幾何原理，標簽節點T必定位于以錨節點A、B為焦點、與兩個焦點的距離差恒為 的雙曲線上。同時，標簽節點T也位于以錨節點A、C為焦點、與兩個焦點距離差恒為 的雙曲線上，則有，

因為各個錨節點的位置都已知，可以求出 ， ， ，得到位置標簽T ，的位置。

2.硬件設計

2.1 錨節點總體架構

錨節點和標簽節點是硬件設計的關鍵，標簽節點的功能很單一只是按固定周期發送廣播數據包，設計比較簡單，與錨節點設計相似，這里以錨節點作為重點進行介紹，下圖是錨節點設計總體架構，錨節點主要有處理器模塊、無線收發模塊、嵌入式軟件組成。錨節點以STM32F107VCT6為MCU，通過SPI[6]連接DW1000無線收發芯片，對其進行控制管理，集成EEPROM芯片，用于存儲錨節點MAC地址、IP地址、RTLS定位服務器IP地址等，錨節點還設計有Ethernet接口用于上傳數據、提供電源。如圖3所示。

2.2 處理器模塊

定位系統節點在MCU的選擇上，采用意法半導體公司推出的互聯型系列微控制器STM32F107VCT6，此芯片集成了各種高性能工業標準接口。它基于ARM Cortex-M3內核，主頻72MHz，內部含有256K字節的FLASH和64K字節的SRAM，LQFP100封裝。板上除晶振外的所有IO口全部引出，方便擴展及開發。內部集成高性能以太網模塊，支持802.3協議定義的獨立于介質的接口（MII）和簡化的獨立于介質的接口（RMII），支持DHCP、Telnet、TFTP、HTTP等協議。提供256字節的I2C端口，提供18Mbps的SPI接口，含有USB 2.0 OTG全速接口，支持從USB接口取電或通過控制對USB設備供電。

2.3 無線通模塊

無線通信模塊采用decaWave公司提供的DW1000無線收發芯片，它是一個遵循IEEE802.15.4-2011 UWB標準的低能耗、低成本無線收發芯片，支持精度定位和同步數據傳輸，定位精度可達到10cm，抗多徑能力強，在RTLS系統中支持高密度存在，長壽命的電池適用于極小系統的消耗，支持TOF測距和TDOA精確定位，支持6個從3.5GHz到6.5GHz射頻波段，數據傳輸速率為110 kbps，850 kbps，6.8 Mbps，功率消耗低，睡眠模式電流1 ?A，深度睡眠迷失電流50nA，擁有完整的MAC層支撐軟件，提供SPI接口，可連接主處理器，6 mm x 6 mm 48引腳小型封裝包，引線間距0.4 mm。適用于無線傳感器網絡。如圖4所示。

2.4 SPI接口設計

SPI是一種同步串行外設接口，本系統中STM32作為主設備通過SPI實現對從設備DW1000無線收發芯片內部寄存器和RAM的讀寫操作，進行通信以交換信息、發送命令。SPI接口設計有4跟線，其中SCLK表示主設備STM32產生時鐘信號，完成對通信的控制， MOIS表示STM32輸出數據，DW1000接收數據， MIOS表示DW1000輸出數據，STM32接收數據， CS1/CS2表示DW1000的使能信號，由STM32控制。如圖5所示。

2.5 I2C設計

I2C[7]模塊采用24C02的EEPROM芯片，該芯片容量為2Kbit，256個8字節，內有一個16字節寫緩存器，支持I2C總線傳輸協議。I2C總線由數據線SDA和時鐘線SCL構成，可以在MCU與DW1000、DW1000與DW1000之間進行雙向傳輸，各種被控制的電路都并聯在這條總線上，每個模塊都有自己唯一的地址，根據所要完成的工作，在信息傳輸的時候，每一個模塊既是控制器，又是發送器。本系統主要用于存儲Anchor MAC地址、IP地址、RTLS定位服務器IP地址、decaWave DW1000收發器芯片的硬件配置信息。如圖6所示。

3 嵌入式軟件設計

嵌入式軟件開發采用Keil公司的Keil uVision4，編程語言使用C語言，該軟件的編譯與調試能夠與ARM器件高效匹配。編寫在MUC中的嵌入式軟件主要完成標簽節點到錨節點TOA的測量、錨節點之間TOA信息的測量、將獲得信息傳送給RTLS。

嵌入式軟件的信息處理流程采用串行處理，單線結構就可完成所需功能，包括 STM32復位和時鐘配置模塊（STM32-RCC）、I2C讀取模塊、Ethernet模塊、DHCP動態IP獲取模塊、UDP5555端口初始化模塊、UDP4646端口初始化模塊、定時器配置模塊、decaWave DW1000收發器配置模塊、上層應用初始化模塊、發送無線廣播數據包模塊、中斷處理程序。當無線收發收發芯片收到或發送一個數據幀的的時候，會向MUC發送中斷請求，中斷程序主要中斷產生的類型、判斷中斷位置是否正確、讀取數據接收幀的源地址、讀取數據接收幀的類型、接收數據幀、讀取TOA信息、將讀取的信息進行封裝發送給RTLS。如圖7所示。

圖7 嵌入式軟件流程圖

4 上位機軟件設計

上位機軟件采用微軟公司開發的WPE框架，使用C#編程語言。主要完成TDOA定位分析計算，Anchor狀態顯示、定位顯示、配置管理。Anchor狀態顯示主要顯示Anchor是否連接到TDOA-RTLS，Anchor能夠接收到那些Anchor的Pacer-blink信號，以及Anchor兩個無線模塊的工作狀態；定位顯示主要顯示Anchor位置和工作狀態（有無信號發送），Tag位置和工作狀態（有無信號發送），Tag歷史位置（或活動軌跡）指示；配置管理功能主要包括定位軟件的功能配置和Anchor的管理配置。

4.1 上位機軟件接口

嵌入式軟件通過端口號為6666的UDP連接向RTLS發送TOA分析計算和Anchor之間的時鐘同步所需的信息，該端口上傳輸的信息包括長度分別為76字節和70字節的數據包；RTLS通過端口號為3535的UDP發送管理配置信息，該端口的信息完全可以通過IP Tools網絡監測工具進行數據包的截獲和分析，并且這些信息可以與I2C芯片中讀取的信息進行對比分析；RTLS通過編號為2346的UPD將定位計算結果直接發送給各個顯示客戶端；RTLS通過端口編號為2345的UPD發出TDOA定位計算結果。如圖8所示。

4.2 上位機軟件工作流程

上位機軟件的設計比較復雜，主要有主線程、TDOA計算線程、UDP6666數據包接收線程、UDP6666 socket數據包收發線程、UDP3535處理線程、UDP2346處理線程構成。當定位系統開始運行時，RTLS系統通過端口6666的UDP連接就收上傳數據，當數據包接收完成后對數據包進行解析，76字節數據包提供標簽到達錨節點的TOA信息，70字節數據包提供錨節點之間的TOA信息，之后通過TDOA計算線程調用定位算法函數進行定為計算，最后通過UDP2346處理線程顯示出定位結果，整個過程中UDP3535處理線程一直處于打開狀態，進行管理配置。如圖9所示。

5 結語

本文設計了一個基于與DW1000的超寬帶室內定位系統，該系運用TDOA定位算法，原理簡單，易于工程實現，硬件部分采用DW1000無線收發芯片，具有定位精度高、穩定性強、成本低等特點。同時，本系統的設計為無線傳感器網絡室內定位提供了一個參考樣本，具有一定的參考價值。

室內系統設計論文:室內消火栓系統設計探析

[摘 要]消火栓系統是最基本、最重要的滅火設施，對消火栓系統的設計理應引起足夠的關注和重視。本文分析了消火栓系統的特點，探討了室內消防豎管設置的最小間距，并研究了高位消防水箱設計的幾個問題。

[關鍵詞]消火栓；消防豎管；高位消防水箱

1 消火栓系統的特點

消火栓系統是我國使用最早、應用最為廣泛的消防系統。消火栓系統包括室內外消火栓設備、消防管道、消防供水等設施，在滅火時有以下幾個特點：

（1）人工操作的消防系統，也意味著發生火災時，消防人員的到位會有一定的滯后；

（2）系統本身滅火效果也會受到火場條件的影響，比如：較高的火場溫度，濃煙降低了火場能見度，建筑構造設計不完全符合消防要求等；

（3）火災最終需要由消火栓系統來收尾。

作為室外、室內都使用的消防系統，消火栓系統是最基本、最重要的滅火設施，對消火栓系統的設計理應引起足夠的關注和重視。本文即對室內消火栓系統設計中所遇見的幾個問題進行分析。

2 消防豎管最小間距的確定

《建筑設計防火規范》（以下簡稱“建規”）規定：室內消火栓的布置應保證每一個防火分區同層有兩支水槍的充實水柱同時到達任何部位[1]。

《高層民用建筑設計防火規范》（以下簡稱“高規”）規定：消防豎管的布置，應保證同層相鄰兩個消火栓的水槍的充實水柱同時達到被保護范圍內的任何部位[2]。

《消防給水及消火栓系統技術規范》規定（以下簡稱“水規”）：室內消火栓的布置應滿足同一平面有2支水槍的2股充實水柱同時達到任何部位的要求[3]。

依以上規范條文可知，消火栓布置時可根據水槍的充實水柱長度、建筑層高和水帶長度得到消火栓的保護半徑，使得建筑內各處均處于兩個以上消火栓的保護范圍內即可達到要求。由此結合建筑內部形式可基本確定消防豎管的最大設計間距。

但上述三部規范并未詳細規定消防豎管的最小間距，當兩個消火栓布置間距過近或緊連著布置一處時，一旦火勢威脅到某處消火栓，兩個消火栓極易同時受大火影響，無法起到互相保護的作用，這種情況應該避免的。所以消防豎管布置應保證最小間距，根據對安全出口應分散布置并保證至少5米最小間距的要求，保證5米是一個比較合理的最小間距。

3 高位消防水箱設置的必要性

消防水箱是設置在高處直接向水滅火設施重力供應初期火災消防用水量的蓄水設施。對于高位消防水箱，部分人認為消防水箱可少設或不設，因為建筑高處設置的水箱可能會影響建筑立面處理，增加結構荷載和抗震防護要求，而且水箱作用有限，自身并不一定完全滿足最不利點水壓要求，且在消防主泵投入較早較及時的情況下，可以基本保證消防供水。

但筆者認為，考慮到我國的電力供應和消防設施管理情況，結合已發生的火災案例，若不設高位消防水箱很有可能影響到火災的初期滅火，而能否及時、快速的在火災大范圍蔓延之前控制火勢是至為關鍵的。況且如下文所述，消防系統在設計時可以降低水箱設置高度，或設置在下層，通過設置穩壓泵來達到水箱的設計壓力要求。所以，在臨時高壓消火栓系統中設置高位消防水箱是非常有必要的。

4 高位消防水箱的設置高度

《水規》規定：高位消防水箱的設置位置應高于其所服務的水滅火設施，且最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力，并應按下列規定確定：1一類高層公共建筑，不應低于0.10MPa，當建筑高度超過100m時不應低于0.15MPa；2高層住宅、二類高層公共建筑、多層公共建筑，不應低于0.07 MPa；多層住宅不宜低于0.07 MPa；3工業建筑，不應低于0.10 MPa，當建筑體積小于20000m？時，不宜低于0.07 MPa；4自動噴水滅火系統等自動水滅火系統應根據噴頭滅火需求壓力確定，但最小不應小于0.10 MPa[3]。

由上述條文可見，《水規》要求需滿足最不利消火栓處7m 、10m和 15m水柱的凈水壓力，但符合《水規》要求的消防水箱設計仍有可能出現以下兩個問題：

（1）滿足《水規》要求消防水箱的設置高度，并不能完全保證最不利消火栓處的正常使用壓力。根據工程實踐計算，最不利消火栓口所需壓力與水帶長度、水帶材質、水槍噴口直徑、所需充實水柱長度和水槍射流量有關。19mm水槍配65mm襯膠水帶，水帶長度25m，則當消火栓出流量取5L/s時，最不利栓口所需水壓為0.189MPa。由此可見，當保證最不利消火栓處7m 、10m和15m水柱的凈水壓力，并不能保證最不利消火栓的滅火需要。

（2）消防水箱的設置高度不應僅為滿足最不利消火栓處的壓力需求，在實際工程中，自動噴水滅火系統（以下簡稱自噴系統）亦需設計高位消防水箱，而且自噴系統與消火栓系統常共用一座消防水箱。此時，消防水箱還應滿足自噴系統最不利噴頭處的壓力需要。根據實際工程計算可知，此處一般需0.2MPa以上的靜水壓力。

綜上所述，從盡可能滿足最不利點處滅火要求來看，高位消防水箱的設置位置應高于其所服務的水滅火設施，且最低有效水位應滿足水滅火設施最不利點處的靜水壓力（自噴、消火栓均應滿足最低壓力）。當高位消防水箱不能滿足此靜壓要求時，可增設穩壓泵和穩壓水罐，成為設有穩壓泵的臨時高壓消防給水系統。

5 高位消防水箱有效容積

《水規》按照建筑物性質和標準確定高位消防水箱的有效容積有明確規定：1一類高層公共建筑，不應小于36m3，但當建筑高度大于100m時，不應小于50m3，當建筑高度大于150m，不應小于100 m3；2多層公共建筑、二類高層公共建筑和一類高層住宅，不應小于18m3，當一類高層住宅建筑高度超過100m時，不應小于36 m3；3二類高層住宅，不應小于12 m3；4建筑高度大于21m的多層住宅，不應小于6 m3；5工業建筑室內消防給水手機瀏覽當小于等25L/s時，不應小于12 m3，大于25L/s時，不應小于18 m3；6總建筑面積大于10000O且小于30000O的商店建筑，不應小于36m？；總建筑面積大于30000O的商店，不應小于50m？，當與本條第1款規定不一致時應取其較大值[3]。上述規范條文要求基本清楚，但有以下兩個問題：

（1）高位消防水箱的有效容積能否滿足初期火災水滅火系統所需消防用水量的要求。高位消防水箱火災初期滅火的重要供水來源，常見的初期水滅火設施包括室內消火栓系統和自動噴水滅火系統，以建筑高度超過50m的一類高層公共建筑為例。《水規》規定此類建筑室內消火栓用水量為40L/s，火災初期以10min計，則需水量：

40L/s×10min×60s=24m3

另外此類建筑又須設自動噴水滅火系統，又需水量：

30L/s×10min×60s=18m3

10min初期滅火用水共需水量：

24+18=42m3

由此可見，規范所要求的水箱有效容積實際上是不夠10min滿負荷滅火需要的，但考慮到火災初期消火栓和噴頭使用數量有限，消防主泵正常情況下可以及時啟動，所以對水箱有效容積的要求有所減小。

（2）完全依照建筑物性質和標準確定消防水箱容積也有一定的局限性。如建筑高度低于24m但面積較大的商場建筑，其火災危險性是非常高的，在設計消防水箱容積時就可能套用規范規定而采取偏小的消防水箱容積。

6 結束語

消火栓系統是最基本的滅火設施，在設計室內消火栓系統時，應注意控制消防豎管最小間距以使臨近消火栓能互相保護；臨時高壓消火栓給水系統中應設置高位消防水箱，其有效容積應盡量超過現行設計規范要求，以滿足初期火災消防用水量和水壓需求。

室內系統設計論文:基于ZigBee網絡的室內環境監測系統設計

摘 要：本文基于ZigBee技術設計了室內環境監測系統，對室內溫度、濕度、煙霧、可燃氣體等參數進行測量和采集，并對異常情況發出報警。給出了系統的整體設計方案，介紹了系統的傳感器選型及控制方案，并對系統進行了數據測試分析，驗證了系統的穩定可行性。

關鍵詞：ZigBee技術；環境監測；傳感器

0 引言

ZigBee技術是近幾年發展起來的自組網無線通信技術，節點之間可很方便的進行組網通信，有效的解決了單點無線傳輸的距離問題。諸多事故的發生都源于未知，室內環境的監測對于生產和生活都具有重大意義。本文為室內環境參數的監測提供了一套完整的解決方案，并給出了相應的闡述。

1 系統整體設計方案

室內環境監測系統主要包括監測節點和數據接收處理主機。節點主要負責室內各項環境參數的數據采集和監測，包括溫濕度檢測模塊、煙霧檢測模塊、可燃氣體檢測模塊以及PM2.5檢測模塊；采用單片機負責檢測的控制，并將采回的數據通過ZigBee模塊送出。ZigBee每個節點都自動分配唯一的ID，每一個節點可管理254個子節點，一共可擴展管理多達65000個節點。數據處理主機主要負責接收每個監測節點的數據，對數據進行處理，包含顯示模塊、人機交互設置模塊、報警輸出模塊和聯動控制模塊。系統整體設計方案如圖1所示，給出了單個節點的組成框圖和主機的組成框圖，節點的個數可根據用戶需求進行擴展。

2 系統硬件設計

基于ZigBee技術的數據采集節點 主要采用了DHT11溫濕度傳感器、煙霧傳感器、可燃氣體傳感器、夏普PM2.5灰塵傳感器。

2.1 溫濕度傳感器

設計采用數字溫濕度傳感器DHT11進行溫度和濕度的檢測。DHT11是一款復合型溫濕度傳感器，采用單總線方式直接送出溫度和濕度值，使用時只需要電源和任意一個I/O口配合上拉電阻便可對其操作和訪問。DHT11供電范圍為3.3-5.5V，可以很方便的應用于各種單片機和嵌入式系統。DHT溫度測量范圍為0-50度，濕度為20%-90%RH，完全滿足室內環境的監測。

DHT11接口電路如圖2所示。

2.2 氣體傳感器

設計采用電阻型MQ-2氣體傳感器對空氣中的煙霧和可燃氣體進行檢測。MQ-2氣體傳感器采用二氧化錫氣敏材料進行氣體的檢測。二氧化錫在純凈的空氣中電導率很低，一旦空氣中有其他氣體的存在，其電導率隨空氣中氣體的濃度增加而增加，通過簡單的電路便可將氣體濃度信號轉換成對應的電信號。MQ-2傳感器不但對如液化氣、甲烷、氫氣等可燃氣體靈敏度很高，而且對煙霧也有著理想的響應曲線。

MQ-2氣體傳感器測試電路如圖3所示。傳感器需要提供加熱電壓進行預熱，加熱過程大概30秒，然后便可以正常輸出。加熱電壓和電源可采用統一電源供電，選擇合適的負載電阻即可。

2.3 PM2.5灰塵傳感器

PM2.5檢測采用了日本夏普公司的GP2Y1010AU0F灰塵傳感器，該傳感器電壓輸出與灰塵濃度具有良好的線性關系。傳感器采用光學方式進行灰塵的檢測，通過控制內部LED發光時間然后檢測對應光學腔內接受到的光強，經過內部相應的放大處理從而得到對應的電壓。傳感器采用5V供電，輸出電壓范圍為0.75-3.5V，對應的灰塵濃度為0-0.5mg/m3，輸出電壓和濃度成一次線性關系。GP2Y1010AU0F傳感器輸出為模擬電壓，所以需要配合AD轉換器進行數據的采集，傳感器接口電路如圖4所示。

3 系統軟件設計

基于ZigBee自組網的特性，無線部分程序設計變得相對容易，只需要記錄和校驗每個節點的ID即可進行數據的交互。節點的主要負責數據的采集和等待主機的數據發送請求，當收到請求時進行ID驗證，若為本機ID則發送數據，否則繼續等待，節點程序流程如圖5所示。主機的程序設計主要負責數據的請求和接收處理，進行顯示、報警、人機交互和聯動控制，主機程序流程如圖6所示。

4 結論

本文給出了基于ZigBee技術的室內環境監測方案，詳細的分析了系統的整體設計方案，對系統的傳感器電路設計做出了相應的介紹，分析了系統的可行性。最終對系統進行了整體數據采集和通信測試，良好的驗證了系統的穩定性和可靠性，對室內環境的監測具有一定的指導意義和參考價值。

室內系統設計論文:基于PID控制理論和步進電動機的冬季室內溫度控制系統設計

摘要：我國北方，冬季取暖一般采用暖氣技術集中供暖，用戶不能自主地調節溫度，室內溫度過高，資源浪費的現象嚴重。本設計應用PID控制技術，以步進電動機作為執行元件，根據實時測量的室內溫度，來控制閥門的開度，調節暖氣管道內熱水或熱氣的流量，從而達到了控制室內溫度的目的，增強了居民室內生活的舒適度，減少了能源的浪費。

關鍵詞：PID控制；流量；PM2.5；編碼；解碼

引言

我國北方屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬季寒冷干燥。目前為了改善室內溫度環境，我國北方城市普遍采用集中供暖[1]。各市均建有大規模的地下暖氣管道網，由政府指定的供暖公司負責運營。集中供暖有著較為明顯的好處：資源利用率高，平均成本較低，供暖效果好。但是，也存在不少缺點：一是無論白天還是黑夜，不管用戶是否需要，暖氣始終全天供熱；二是用戶沒有辦法自主調節室內溫度的高低，造成室內溫度過高，空氣流通不好。居民非常容易出現皮膚發緊，口唇干燥、咽部發癢、咳嗽、流鼻血等“暖氣病”。用戶為了降低溫度，只能打開窗戶散熱，使寶貴的能源白白浪費了。近年來，我國北方地區冬季霧霾頻發，pm2.5頻頻爆表，燃燒煤炭作為集中供暖的主要手段，成為罪魁禍首，成為眾矢之的。如何才能在不降低冬季室內生活的舒適度的前提下，實現節能降耗的目的呢？

本設計采用步進電動機來控制閥門的開度，進而調節暖氣管道內水或氣的流量，實現了控制室內溫度的目的，從而增強了居民室內生活的舒適度，為節能降耗做出了巨大貢獻。

一、系統設計方案

本系統由兩個模塊組成，一個是溫度設置及測量模塊，一個是驅動模塊，兩個模塊在物理上相互分立，使用時可以將溫度和測量模塊放到遠離暖氣片的地方，保證溫度測量的準確性。驅動模塊直接到暖氣管道上控制暖氣的流量。兩個模塊之間通過紅外遙控發射/接收芯片PT2262/2272傳遞控制信息。溫度設置及測量模塊又分為鍵盤輸入、溫度測量、溫度顯示三個單元。人們可以通過鍵盤設定自己需要的溫度，溫度的測量采用數字溫度傳感器18B20，18B20將采集到的溫度信號以串行數據的形式傳遞給單片機AT89C51，經過處理后，在數碼管上顯示當前測量的溫度。同時，AT89C51把實時測量的溫度和用戶預先設定的溫度比較和分析，得出調整指令。通過紅外遙控發射/接收芯片PT2262/2272將調整指令傳遞給驅動模塊的單片機，由驅動模塊單片機控制步進電動機完成閥門開度的調整，實現改變暖氣管道內熱水流量的目的。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

二、溫度傳感器18B20

18B20是美國Dallas 半導體公司創造的數字化溫度傳感器。該溫度傳感器外形如一只三極管，溫度感應元件及轉換電路集成在一個芯片上。現場溫度直接轉換成二進制數字表示的溫度，存儲在18B20內的存儲器里，18B20和單片機之間僅需要一條數據線連接，單片機可以通過數據線向18B20寫入或讀取數據，而且可以通過數據線提供18B20正常工作所需要的電源。每個18B20都有不同的序列號，所以多個18B20可以使用同一根總線和單片機相連接，單片機通過序列號識別不同的18B20并發起讀寫動作。這一特點使用戶組建溫度傳感器網絡變得十分容易。通過程序設定，DS18B20 可以達到9～12 個二進制位的分辨率。測量溫度的范圍為-55°C～+125°C，在-10～+85°C范圍內，測量精度可以達到±0.5°C[2]。由于DS18B20 具有體積小、測溫精度高、適用電壓范圍寬、采用一線式總線、可組網等優點，在實踐中的得到了廣泛的應用。

三、紅外遙控發射/接收芯片PT2262/2272

PT2262/2272采用CMOS工藝制造，分別具有編碼和解碼的功能，其中PT2262是編碼電路，PT2272是解碼電路，PT2262/2272必須配對使用，可用于無線數據的發送和接收。PT2262/2272分別擁有18個管腳，最多可以設置12位地址端管腳和6位數據管腳。地址管腳可以設置成“0”、“1”、“懸空”三種狀態，但是必須保證PT2262和PT2272的地址管腳設置相同，否則PT2272不能解碼。在實際應用中，我們一般采用4位數據碼和8位地址碼的方式。

編碼芯片PT2262發出的編碼信號稱為碼字，一個完整的碼字包含地址碼、數據碼和同步碼三部分。解碼芯片PT2272在接收到PT2262發來的信號后，首先分離出地址碼，并對地址碼進行比較，只有當接收到的碼字的地址碼和2272的地址碼相同時，2272的VT管腳才能輸出高電平，表示解碼成功。單片機在檢測到VT腳高電平的信號后，開始讀取PT2272接收到的數據。

四、步進電動機

步進電動機也稱為脈沖電動機，它可以將電脈沖信號轉換成相應的角位移，每輸入一個電脈沖信號，步進電動機就轉動一定的角度，由于該電動機的轉動方式是步進的，所以把它叫做步進電動機。步進電動機具有以下優點：一是步進電動機轉動的角度和輸入電脈沖的個數成正比，轉動的速度由輸入電脈沖的頻率決定，頻率越高，速度越快。而且在不超出步進電動機負載能力的情況下，以上關系不受負載大小、電壓高低等因素的影響；二是步進電動機在不失步的情況下，每轉動一圈的步數是固定的，所以電動機的步距誤差不會積累；三是步進電動機具有良好的控制性能，在開環控制系統中，轉速具有很寬的調節范圍，而且能夠快速啟動、制動和反轉。正是由于步進電動機具有以上優點，所以在數字控制系統中經常被用作執行元件。

五、軟件設計

該系統的軟件設計分為兩大部分，分別對應系統硬件的兩個模塊。其中驅動模塊的程序設計包括控制量的讀取和步進電動機的控制。溫度測量模塊包括溫度采集子程序（讀取18B20測得的溫度數據）、顯示子程序、鍵盤輸入子程序（用戶設置室內溫度）、PID溫度控制子程序（計算控制量）。前面幾個程序都比較簡單，這里不再贅述，下面我們詳細介紹一下PID溫度控制子程序的設計原理。單片機首先讀取18B20測量的實時溫度數據，然后把測量溫度和設定溫度進行比較得到溫度誤差，把溫度誤差作為PID控制系統的輸入信號，由PID算法計算得出控制量。PID控制系統的結構框圖如圖2所示。

圖2 PID控制系統的結構框圖

系統的控制規律可以用u（k）= u（k）+u（k-1）和u（k）=Kp[e（k）- e（k-1）]+Ki e（k） +Kd[e（k）- 2e（k-1）+ e（k-2）]兩個算式表示[3]。其中u（k）表示每個測量周期閥門的變化量，Kp表示PID控制系統的比例系數， Ki表示PID控制系統的積分系數、 Kd表示PID控制系統的微分系數，e（k）表示k時刻的溫度誤差。由于室內溫度是一個相對緩慢的變化過程，所以我們在該溫度控制系統中采用了周期性的控制方式，即在一個溫度采樣周期內保持控制量u（k）恒定不變[1]。

結語

為了驗證系統對室內溫度控制的準確性和穩定性，我們做了多次試驗，下表為實驗記錄的測量數據，分析記錄數據可知，本設計控制溫度準確性高，達到了預期目標。

本系統采用PID控制理論，以AT89C51單片機為系統的控制單元，以紅外遙控發射/接收芯片PT2262/2272為數據傳輸的紐帶，選用步進電動機作為系統最終的執行機構，根據室內溫度和設定溫度的誤差來改變閥門的開度，較好的實現了室內溫度的調節。實驗表明，該系統具有穩定性好、控制精度高、節能環保等優點，具有一定的實用價值。

室內系統設計論文:基于射頻及超聲技術的室內二維定位系統設計

摘 要：該文通過對比幾種常用室內定位（In-location）方法，設計并實現了基于射頻和超聲波技術相結合的室內二維定位系統。系統采用C51系列單片機為主控芯片，nRF24L01芯片作為射頻通訊芯片，結合超聲波發射與接收電路，融合射頻和超聲技術對二維平面上一點的位置信息進行獲取，并通過LCD12864進行測量結果的顯示。文章詳細的分析了系統的工作原理并進行了測量電路的設計，由實際測量的數據對結果進行誤差分析可知，測量數據誤差在2%以內。

關鍵詞：射頻 超聲波 參考節點 室內定位

眾所周知，對于室外定位系統，全球定位系統（GPS）[1]已經應用的成熟可靠，目前常用的車用導航、物流定位等大多數都利用的是此原理。但是對于室內定位，例如機場大廳、礦井內部、大型展廳內部、大型室內停車場以及大型購物商場，由于室內環境復雜多變，建筑物的結構，內部布局，以及人為因素等影響，所以實現精確定位的難度較大。目前諾基亞、谷歌、博通甚至一些知名大學比如美國杜克大學（Duke University）和芬蘭奧盧大學（University of Oulu）都有專門研究室內定位的小組。美國研究機構ABI稱：“室內定位技術（In-location）是下一波熱門定位技術，該技術將在2015年-2017年間得到大量部署和實施，是今后移動互聯網領域的一個關鍵環節。” 目前室內定位常用的方法有紅外線室內定位技術、超聲波定位技術、藍牙定位技術、射頻識別定位技術和超寬帶定位技術等。表1[2]分析了幾種常見無線定位系統的性能表，參照表1，該文設計了基于51單片機使用超聲波和無線射頻相結合進行室內定位的測量系統，可以有效結合兩種方法的優點，設計思路清晰，成本較低。根據實際測量結果分析，系統采樣穩定，數據誤差較小，具有一定的現實意義。

1 系統的設計思想及原理

由于射頻信號傳輸速率接近光速，遠高于超聲波傳播速率，因此可以利用射頻信號先激活待測節點，之后使其接收超聲波信號，利用時間差的方法進行測距。這種技術成本低，功耗小，精度高[3]。該文便是采用此種方法實現在二維平面內對一待測節點位置信息的獲取。

1.1 系統設計原理

如圖1所示。在一個二維平面中，要確定某未知點的位置信息，其實質便是求得其在平面坐標中的坐標值。由數學知識可以知道，確定平面上某一未知點（x，y）的坐標值只需要知道該點到平面坐標中已知的兩個參考點（x1，y1），（x2，y2）的距離d1及d2，再利用兩點間的距離公式（1）式，求解方程組即可求得未知點的坐標信息。

（1）

系統的關鍵就是通過超聲波測出圖1中的距離d1及d2，現在假設系統某一節點A具備射頻發射模塊和超聲波發射電路，系統另一節點B具備射頻接收模塊及超聲波接收電路。A節點同時發射超聲波與射頻信號，即發射電磁波。由于電磁波的速度接近光速遠遠大于超聲波在介質中的傳播速度，射頻信號傳播到節點B的時間忽略不計，當節點B接收到射頻信號時，啟動計時，當接收到超聲波信號時停止計時。時間間隔t即是超聲波由A傳播到B所用時間。設聲速為V，則A，B間距離為：。

1.2 系統整體設計

該文系統采用C51系列單片機作為控制芯片，nRF24L01作為射頻通信芯片，利用LCD12864液晶屏進行坐標顯示。如圖2所示。系統主要包括三個節點，分別為1號總控制主節點，2號參考節點，以及3號待測節點。硬件設計上，各個節點都包括51單片機最小系統及上電指示電路，射頻收發模塊（nRF24L01）電路；另外總控制節點和參考節點具備超聲波接收電路，待測節點處安裝超聲波發射電路。

系統整體通信流程簡述如下：1號總控制主節發出射頻觸發信號，3號待測節點接收到射頻信號之后報警指示燈亮。同時發射出射頻同步信號及發射超聲波。射頻同步信號很快到達1號總控制節點及2號參考節點，兩個節點啟動計時器，待3號節點發射的超聲波分別到達1號節點和2號節點后，接收到超聲波信號，停止計時。分別獲得超聲波由3號節點到1號節點及2號節點的傳播時間。1號節點總控制節點計算出節點1，3距離。2號節點參考節點計算出節點2，3距離，再利用射頻模塊將數據無線傳送給1號總控制節點。總控制節點再依據兩個距離數據，已知的節點1，2的坐標計算出3號待測節點的位置坐標。至此，完成系統一個單程通信，如此反復通信10次，求得位置坐標平均值通過1號節點處的液晶顯示模塊LCD12864顯示待測節點位置信息。所有的通信流程由1號總控制節點控制。

2 系統電路設計

2.1 硬件設計

硬件設計上，文中系統主要涉及單片機小系統，射頻收發電路，超聲波發射與接收電路，LCD顯示電路，射頻收發模塊供電電路。這里主要介紹系統的射頻收發電路，超聲波發射與接收電路。

系統無線通信模塊的發射與接收主要采用nRF24L01芯片作為主控核心。nRF 24L01是一款新型單片射頻收發器件，工作于2.4～2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置[4]。由于采用SOC方法設計因此只需要少量外圍元件便可組成射頻收發電路，再配合簡單的通信協議，就可以實現無線數據傳輸[5]。將nRF24L01相應的控制引腳連接到單片機的P1口上，利用串行通信方式與單片機進行通訊，可以設置為增強型模式（ShockBurst）下的接收或是發射狀態，啟動自動應答及自動重發功能。采用nRF24L01增強型模式時內部芯片堆棧區先入先出，數據可從低速微控制器送入，高速發射出去，地址和校驗碼由硬件自動添加和去除[6]，可以提高系統整體的性能和效率[7]。

系統超聲波發射電路框圖如圖3所示。系統利用定時器由單片機的I/O端口輸出40 kHz左右的方波脈沖信號，信號送給推挽式功放電路進行功率放大，用以驅動型號為TCT40-16T的超聲波換能器，發射出超聲波信號。

系統超聲波接收電路框圖如圖4所示。接收電路的核心是紅外線檢波接收專用芯片CX20106。由于紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz比較接近，可通過外接電阻微調芯片內部濾波器的中心頻率。當超聲波探頭未接收到40 kHz信號時，芯片信號輸出引腳為高電平；當接收到與CX20106中心頻率（40 kHz）相符的超聲波信號時，信號輸出引腳輸出下降沿脈沖，將此信號連接到單片機外部中斷引腳上，可觸發中斷，從而停止超聲波傳播計時。

2.2 軟件設計

系統軟件設計流程圖可以參考圖2。系統軟件按功能劃分可以分為LCD顯示，超聲波發射，射頻通訊，坐標計算幾大部分。其中，LCD顯示部分主要是通過時序對液晶屏進行相應的讀寫操作，超聲波發射部分采用定時器中斷產生40 K方波信號，坐標位置計算算法依據的公式（1）進行計算。下文主要針對射頻通訊部分所進行的軟件配置進行簡述說明。

在圖2的“3射頻同步信號&超聲波信號”過程中，系統各節點射頻收發配置如圖5所示。由于nRF24L01在每個通訊頻道上具有6個不同的數據通道，因此在設計上，3號節點與1號節點通過數據通道0傳輸信號，與2號節點通過數據通道1傳輸信號。3號節點發出具有發送地址編碼的射頻信號被1，2號節點接收后，1，2號節點分別啟動定時器計時并通過各自的數據通道返回應答信號給3號節點，表示通訊成功3號節點可以發出超聲波信號。值得注意的是，3號節點若是啟動自動重發功能，則每次重發等待時間為250 us，這將導致系統測量誤差過大，因此該系統禁止自動重發，而是由軟件編程重發3次，判斷是否次數溢出或是接收到應答信號，這樣可以將每次重發產生的誤差控制在15 us左右。同時，圖2在“1發出射頻觸發信號”及“4傳輸距離數據”兩個過程中，射頻通信均采用數據通道0進行數據通信，并且開啟相應的自動重發功能2次，經測試系統射頻通訊流程性能穩定。

3 實測數據分析

系統測試實驗環境為室內地面，其中主控制節點（1號節點）坐標安裝在原點（0，0）上，參考節點（2號節點）坐標安裝在y軸點（0，100）上，單位為cm。測量工具為卷尺，精度精確達0.1 cm。對于測試平面上10個不同位置點分別測量10次，得到100個數據，結果見表2。

通過分析圖中數據，可以得出以下實驗結論。

（1）定位范圍。

經過測試表明，該系統基本可以實現對于在地面上200 cm×200 cm的二維直角坐標系中移動節點的定位。

（2）系統的平均定位誤差。

X軸的平均定位誤差為3.01（cm）

Y軸的平均定位誤差為3.14（cm）

（3）系統的平均定位精度。

X軸平均定位精度：（200.0-3.01）/200.0×100%=98.50%

Y軸平均定位精度：（200.0-3.14）/200.0×100%=98.43%

（4）誤差分析。

通過實驗測得數據并分析，系統測量誤差主要來自以下幾個方面：

①超聲波信號的衰減問題。從表1及表2可以看到，雖然系統測量平均誤差不算太高，但是針對不同的測量區域其測量誤差明顯不同，隨著各節點之間距離的不同，超聲波信號的衰減程度會不同導致接收到超聲波信號的時間點不同，引入測量誤差。

②超聲波發射角問題。從表中數據可以看出，在區域邊緣地帶數據的測量誤差偏高，由于超聲波存在發射角度局限問題，導致超聲波信號接收時間點不同引入測量誤差。

③系統軟件設計時，在3號節點發射同步射頻信號和超聲波過程中，禁止自動重發次數而采用軟件編程發送次數溢出的方法在每次重發數據過程中需要等待15 us，總共軟件設計為重發3次溢出，所以此處可能會引入50us左右的測量誤差。

④數據算法計算。系統數值計算的精度也會引入測量誤差。綜合考慮系統測量要求，51系列單片機的運算能力及速度，以及軟件整體的效率和整潔度。該次系統軟件計算精度都采用16位無符號位整數數據類型，而未引入浮點數據類型計算，所以對最終顯示結果會造成測量誤差。

⑤溫度引起誤差。聲速隨溫度變化關系可以表示為：V=（331.45+0.61t/℃）m?s-1。但是該系統中沒有考慮溫度補償，而是以聲速標準值340 m/s進行數據計算，因此會引入一定測量誤差。

4 結語

該文設計了基于射頻和超聲波技術的室內二維定位系統，并通過設計得系統進行實際數據的測量，分析實驗數據可以得出系統的誤差較小。對于存在的誤差提出了可能產生的原因以及后續的解決方法，期望通過后續的改進可以使實驗誤差進一步減少，測量范圍也相應的增大。

室內系統設計論文:無線市話室內信號分布系統設計探討

【摘 要】無線市話室內信號是室內常用的信號系統，能夠對于手機通信進行有效的補充。本文對于室內信號分布系統的原理以及設計方式進行探討，對于設計中的信號源選定、分布系統選擇以及布置等多種方法進行選擇，從而設計適合室內的信號分布系統。

【關鍵詞】室內信號分布；建筑內部；設計

0 前言

近年來，隨著個人便攜電話系統的迅速發展，人們對于通信服務的要求越來越高。當前的建筑大多為鋼筋混凝土骨架結構，對于無線電信號的屏蔽衰減特別厲害，比如在地下商場、地下停車場等患者的通信信號微弱，通信質量嚴重下降。為了保障無線電通信信號，解決室內信號固定的問題，采用無線市話室內信號分布系統是保證通信質量的有效方式。采用無線市話室內信號分布系統是通過有線的方式，將無線信號引入室內，從而為室內的用戶提供穩定、可靠的室內信號。參考我國“信息產業部電（2000）604號”的文件，無線市話室內信號是固定電話網的補充與延伸，而且使用的頻帶為1900MHz～1910MHz，載頻間隔為300KHz，主要采用TDMA的多址方式、TDD雙工方式。

1 無線市話室內覆蓋系統的建設意義

1.1 無線市話室內系統覆蓋現狀

隨著無線市話的信號發展，室內覆蓋的問題也日益突出：（1）因為建筑物的屏蔽以及吸收作用，導致無線電波的傳輸衰耗，從而造成無線信號的弱場強區甚至盲區，而且受到基站天線的限制，會造成無法正常覆蓋；（2）建筑物高層空間容易受到無線頻率干擾，從而影響語音質量；（3）因為一些公共場所，比如會議中心以及大型購物商場，無線市話的使用密度過高，導致網絡容量不能夠滿足用戶需求。

1.2 室內分布系統特點

采用無線市話室內信號分布系統，能夠有效的覆蓋建筑物的盲區，適用于建筑結構復雜和人流密集、話務量高的建筑物內部的信號覆蓋，室內分布系統特點表現如下：（1）建筑物的信號分布相對均勻，而且采用分布系統，能夠抑制信號弱區內的乒乓效應，能夠適應于系統擴容與多網合一；（2）室內分布系統的設計與施工相對復雜。總體而言，采用室內分布系統，能夠適用于大面積和內部結構復雜的建筑物室內信號覆蓋，是當前覆蓋優化最主要的手段。

1.3 建設室內分布系統的必要性

與傳統的SDMA和GSM網絡相比，無線市話具有基站成本低和手機性價比高的方式，對于室內區域，解決信號覆蓋問題相對復雜。而且當前無線市話室內覆蓋系統的質量與容量受到影響，所以為了解決當前的信號覆蓋的問題，應該將3G網絡與PHS網絡融合，從而降低室外網絡的整體干擾，保證室內通信質量。

2 室內分布系統設計的基本流程

無線市話室內信號分布系統設計的關鍵在于合理選擇分布系統與天線安裝為主，一般而言，室內分布系統的基本流程為：現場勘測原信號覆蓋情況、確定設計要求、選取合適信號源、選擇室內分布系統、設計分布系統方案、硬件安裝與開通測試，具體的設計工作如下。

2.1 勘測工作

勘測工作是為設計工作提供參考資料，為了保證設計的合理性，首先需要詳細的建筑結構圖并且進行實際勘測，根據建筑物的實際情況做好標注，對于可能會引發信號影響的因素進行分析，從而得到該建筑的傳播損耗模型。在建筑物的勘測工作中，需要對建筑物的電梯、隔墻材料等信息進行收集，根據建筑物的結構圖進行無線環境路測，從而為設計提供參考。

2.2 設計工作

設計是無線市話室內信號分析系統的關鍵工作，對于室內信號起到決定性的作用。為了完成設計工作，需要對設計中的問題進行綜合考慮。

2.2.1 信號源選取

無線市話室內分布系統可以采用PHS系統或3G系統，PHS系統可以再用500mW的lC7T基站，而對于3G系統，可以采用基站信源和直放站信源兩種類型，為了保障室內系統的通信質量，需要合理選擇信號源，在選擇的過程中，需要從建筑物的容量與覆蓋兩方面進行考慮，為了滿足室內的通信質量，需要合理選擇適當的信號源，適當提前考慮信號源機房的預留。

2.2.2 室內分布系統的選擇

為了保障室內信號的有效性，需要根據覆蓋面積以及不同環境選擇覆蓋系統：（1）對于覆蓋面積小而且結構簡單的建筑，優先選擇無源分布系統；對于覆蓋面積大而且結構復雜的建筑，可以采用分區覆蓋的方式；（2）裙樓一般位于建筑物的低樓層，需要考慮容量的問題，標準樓的空間間隔較為規則，主要注意縱深處的信號控制，地下層通常為信號盲區，需要解決覆蓋問題，電梯需要滿足語音業務的覆蓋需求，應注意保持信號連續性，因此通暢采用在電梯井內安裝高增益定向天線或敷設泄漏電纜的方式進行覆蓋。

3 方案設計的關鍵點

3.1 上下行平衡問題

無線市話室內信號分布系統中，需要對干線的增益效益進行合理設置，避免輸入信號幅度過大或是過小形成的設置不合理。在設計的過程中，同時需要對鏈路預算進行計算，根據天線口的功率計算系統設計的衰減，保證合理傳輸。

3.2 干放使用原則

對于無線市話室內信號分布系統而言，同一組的基站不能接入太多干放，建議不超過5套，而且所有的干放盡量不要串聯。設計中低噪聲放大器一般處于接收機的前段，性能對于整機性能與接收靈敏度具有重要的影響。合理控制信號源干放，能夠將上行信噪比控制在較為理想的水平。

3.3 天線布放原則

室內分布系統應該遵循“小功率、多天線”的原則，降低小天線輸出能夠減少外協信號強度，因此采用多天線小功率方案覆蓋效果更好。在天線布放過程中，需要合理確定天線出入口功率，根據模擬測試效果選擇天線布放位置，保證系統的穩定性。

4 結語

無線市話室內信號分布系統對于建筑屋內的信號傳輸具有重要的意義，隨著建筑樓層的增多，當前的信號傳輸不能夠滿足室內信號的需求，合理設計室內信號分布系統，能夠保證室內信號強度，使室內信號滿足建筑內部通信需求。

室內系統設計論文:一種Zigbee無線傳感網絡的室內溫度監控系統設計

Zigbee無線模塊作為節點，具有協議簡單、成本低、功耗小、組網容易等優點， 利用Zigbee組建的無線傳感網絡，對下端設備進行數據采集和無線控制。本文針對室內溫度監控設計出了一個切實可行的室內溫度監控系統，此系統可控性好，可靠性高，同時適合在智能家居方向擴展與應用。

【關鍵詞】Zigbee 無線控制 室內溫度監控 無線傳感網絡 節點

傳統室內監控系統大多數都是用有線連接方式。當監控節點數大時，就會導致布線繁瑣、安裝困難、維護不便等諸多問題。利用Zigbee技術來構建無線傳感器網絡的室內監控系統，就可以解決上述的各種問題。本文介紹了一種無線室內溫度監控系統，文中詳細介紹了Zigbee技術的工作原理以及實時溫度監控系統的設計與實現。

IEEE802.15.4-2003標準定義了物理層和媒介層，Zigbee聯盟在此基礎上建立了網絡層以及應用層。Zigbee網絡由三種設備類型組成，分別是協調器、路由器以及終端節點，這三種設備類型的組網拓撲又可分星形拓撲、樹形拓撲和網形拓撲。為了提高通訊效率，Zigbee組網不論采用哪種拓撲結構，網絡都將按照Zigbee協議算法選擇最好的路由路徑作為數據傳輸通道，此系統采用網絡形拓撲設計。

1 監控系統設計

終端節點通過采集溫度傳感器數據，經路由器節點發送給協調器節點，并接收協調器的控制命令從而作相應處理；路由器節點在系統中的主要任務是數據中轉，確保協調器節點與終端節點間的數據交換正確，加大了Zigbee網絡的覆蓋面積；協調器節點接收終端節點采集到的傳感器溫度數據，把該數據由串口發給上位機，同時接收上位機發過來的指令信息，并發給對應的終端節點；上位機主要實現對監控設備狀態信息的管理，包括系統調控配置、實時狀態顯示、節點控制、數據管理及數據查詢等，系統結構模型如圖1所示。

2 Zigbee溫度監控系統硬件設計

該監控系統主要由路由器節點和終端節點組成。終端節點模塊包括數據采集和外設控制兩部分，終端節點模塊結構如圖2所示。溫度采集采用傳感器DS18B20，溫度采集范圍-55℃―+125，-10℃―+85℃測量精度為±0.5℃。傳感器將測得的溫度數據傳送給Zigbee模塊CC2530，CC2530對數據進行處理后，發出控制信息控制下端設備（空調）調節室內溫度。

3 Zigbee溫度監控系統的軟件設計

3.1 Z-Stack協議棧的軟件設計

本系統的Zigbee無線模塊采用操作系統的思想來構建軟件系統協議棧，通過自適應輪詢算法處理，系統初始化后，即進入休眠狀態，當檢測到事件發生時，系統立即被喚醒，并作出相應響應，事件完成后，系統繼續進入休眠模式，如果幾個事情同時發生，系統將按照中斷事件優先級按序處理，Z-Stack工作流程為：啟動系統、操作系統OSAl初始化、硬件驅動初始化、自適應輪詢。

3.2 協調器節點的軟件設計

協調器在系統中主要是完成建立和管理Zigbee網絡的任務，它能夠自動允許其他節點加入網絡，收集終端節點傳來的溫度數據，通過串口將數據發送給上位機，同時接收上位機的控制命令，然后將命令發送給終端節點以控制其采取相應的處理措施。協調器建立網絡并處理節點請求的程序流程如圖3-1所示。

3.3 Zigbee節點與路由節點軟件設計

路由器節點的作用是選擇路由、轉發數據。Zigbee設備有64位的MAC地址和16位的網絡地址。網絡地址是設備入網后，由協調器或者路由器分配，在網絡中是獨一無二的。為了保證每個節點所分配的網絡地址的唯一性，Zigbee的分配網絡地址的方案采用分布式尋址。Zigbee節點與路由節點網絡流程圖如圖3-2。

3.4 終端節點軟件設計

終端節點是用來采集室內溫度數據的，它一方面與協調器建立一定關系將溫度數據發送給協調器，另一方面接收協調器發來的控制命令，控制下端設備空調器做出相應的操作。

在終端節點以終端的身份啟動并加入網絡后，即開始與協調器建立關系。一旦關系建立就

可以在不需要知道明確的目的地址的情況下發送數據。終端節點數據傳遞流程如圖3-3。

4 上位機的軟件設計

本系統上位機利用JAVA、Apache、Mysql和PHP實現，它的主要功能是可以通過串口或者有線網絡接口接收Zigbee無線網絡傳送的被監控室內溫度數據，將該數據處理后，結果可在上位機窗口實時顯示，實現室內溫度的無線監控和自動或手動的溫度調節控制；借助后臺MYSQL，將室內溫度信息儲存，可以方便的在上位機界面上對歷史信息記錄查詢和對監控數據信息管理。上位機登陸界面和上位機監控界面如圖6、圖7所示

5 結語

本文給出了一種室內溫度監控系統的Zigbee無線傳感器網絡的設計方案，解決了有線網絡存在的布線、維護和擴展性等問題。系統以CC2530為核心，搭建了一個物聯網絡平臺，經試驗證明，該系統可以很好的完成溫度數據的采集、傳輸、處理和記錄等任務，能夠通過控制外設完成對室內溫度的調節工作，對智能家居的發展也有一定的指導意義。

室內系統設計論文:CDMA室內分布系統設計中的相關問題分析

【摘 要】通過對CDMA的信號發送和接收境況進行全面的分析和討論，就室內布線系統的設計思路進行了詳細的分析，介紹了室內天線和信號源的選取方式，并對CDMA室內分布系統設計中需要考慮的問題進行了全面的分析。

【關鍵詞】CDMA；室內系統設計；噪音

在移動通信的CDMA網絡建設的過程中，CDMA的網絡信號由于基站的分布，而產生主導頻污染的現象，導致信號受到干擾，在一般的大型商場和商業樓宇之間的基站不能布置的太密，在大規模的CDMA網絡鋪設完成之后，需要對網絡的信號場強進行測試，以及對用戶的使用報告進行檢測分析，可以明顯的看出，在室內還存在信號分布不足，信號不穩定，網絡通話質量存在問題，連通率比較底下，影響CDMA的通信質量。

1 室內分布系統設計思路

CDMA信號在室內系統設計主要包括CDMA信號源與室內CDMA信號的具體分布方式等相關內容的設計。

1.1 CDMA信號源的選取

CDMA信號源的接入是室內布線系統必須考慮的問題，這個信號源的接入必須通過一個特定的接口才能與室內分布系統接入，這樣室內的布線系統才能收到信號源的信號，信號源的接入手段一般有蜂窩接入或者光纖耦合或者空間耦合等接入手段。

（1）基站直接與信號源相連接的手段，接入到室內布線系統。

（2）通過基站與信號收發的端口進行耦合的方式，通過耦合器能夠很好的對信號進行控制，排除其他信號的干擾和污染主導頻信號，它主要適合于主基站離室內分布式布線比較近的接入方式。

（3）光纖直放站耦合的接入方式。在原理與基站直接耦合的方式相似，主要是采用光纖將基站的信號接入，并將信號接入到室內分布式系統。它適合室內布線系統與基站距離比較遠的分布式系統，但是在施工時難度比較大。

1.2 室內分布系統中天線的選取

室內天線的選擇是保證信號能夠正常接收的重要保證，一般采用全向吸頂天線，它安裝方便，能夠有效的覆蓋整體樓宇，而鞭狀天線和定向天線的覆蓋范圍比較大，能夠有效的覆蓋電梯和人群比較密集的地下室、車庫等相關的場所。室內天線的選擇需要根據具體的布線情況而定，也要根據室內的信號結合方式而定，要符合環境保護和美觀的需要。在實際室內布線工程設計中，要結合CDMA信號變化情況，根據室內分布系統規模的不同和具體的情況，從天線設計的效益、成本、投資等方面對天線進行具體的設計，要保證信號能夠覆蓋整個建筑物。

針對10000平方米大中型室內CDMA信號覆蓋系統，要求的話務量和CDMA信號覆蓋的強度比較大，需要根據具體的情況進行設計，信號的接入可以采用光纖與基站直接接入的方式進行連接，在一般無源器件發送的信號不能滿足覆蓋要求時，可以采用干線放大器等設備對信號進行放大。當室內面積小于5000平方米時，可以采用微小型室內信號覆蓋系統，采用全向型的天線，來實現CDMA信號的全面覆蓋，也可以采用小功率的無線天線直放站作為室內分布系統的信號源。在對室內分布系統進行設計時，要根據信號場強的大小和建筑物的特征，選擇適當的、信號增益能夠滿足要求的定向、或者全向的天線施工方式。

2 室內分布系統設計中CDMA信號場強分析

2.1 覆蓋邊緣場強分析

邊緣場強的取值對CDMA信號的分析具有直接影響的作用，整個CDMA信號覆蓋的場強的計算，需要依據邊緣場強的確定，如果將CDMA信號的邊緣場強取值過高，就要求室內的場強相應的提高，室內信號覆蓋的強度也會提高，增加室內信號覆蓋的成本，如果降低邊緣場強，就會減少室內信號覆蓋的程度，降低覆蓋的成本，但是這也會影響室內CDMA信號的通話質量。在一幫的情況下，基站和手機的接收效率也會與邊緣場強的取值有很大的關系，根據CDMA信號覆蓋的要求，對于樓宇進行CDMA室內布線設計時，一般將邊緣場強取值為-80dB，對于樓梯和一般的地下室等相關的場所的邊緣取值為-85dB，以滿足信號覆蓋的要求。

3 CDMA室內直放站作為信號源時應注意的問題

3.1 室內CDMA無線直放站安裝環境要求

針對CDMA信號無線直放站的要求，設計時，信號的主天線安放位置應根據實際的情況確定，但是至少要能夠接收到強導頻信號的軟切換分支少于3個信號源，這樣才能夠避免室內分布系統的主導頻信號受到污染，在施主天線的安裝位置，要求主基站的導頻的頻率信號不能受到污染，確保室內信號的強調能夠滿足要求，保證通話質量。這樣，基站接收的基站的信號強度要滿足-70dB，為保證信號的通話質量，在主天線安裝位置周圍，要保證信號的外界的強干擾源的信息噪聲小于-113dB。

3.2 室內信號無線直放站施主天線與轉發天線隔離度的分析計算

根據CDMA信號的覆蓋要求，和實際的天線經驗，為有效避免和建設無線直放站之間信號的干擾和自激現象，要求無線直放站的施主天線與轉發天線二者之間的信號隔離度應大于8dB，滿足信號不能互相干擾的要求。具體的計算要求：，式中，為CDMA信號主天線的前后比，為CDMA信號轉發天線的前后比，Li為CDMA信號的自由空間損耗，位置為CDMA信號的建筑物或者障礙隔離損耗，在實際的工作設計中，需要考慮障礙物、施主單位和轉發天線的實際情況進行設計。

3.3 直放站對CDMA信號的施主基站噪聲分析

4 結語

CDMA信號的室內分布系統的設計需要對具體的情況進行綜合的分析，需要根據移動通信的建設方案和優化程略進行具體的分析，要以最低成本投入，達到最大的收益，促進CDMA市場的發展。

室內系統設計論文:移動通信室內分布系統設計探討

【摘要】本文介紹了移動通信中的室內分布系統的概念及應用，同時介紹了室內分布系統的設計原則、設計方法以及設計時要關注的要點。

【關鍵詞】室內分布系統；工程設計

一、概述

近年來，隨著移動通信的快速發展，移動電話已逐漸成為人民群眾日常生活中廣泛使用的一種現代化通信工具，同時廣大移動用戶對移動通信服務質量的要求也越來越高，他們已不再單單滿足于良好的室外移動通信服務，而且也要求在室內（特別是星級酒店、大型商場、高級寫字樓等）能享受優質的移動通信服務。而現代建筑由于多以鋼筋混凝土為骨架，再加上全封閉式的外裝修，對無線電信號的屏蔽衰減特別厲害，使通話質量嚴重下降。在此情況下，室內分布系統應運而生。室內分布系統是針對室內用戶群、用于改善建筑物內移動通信環境的一種成功的方案；是利用室內天線分布系統將移動基站的信號均勻分布在室內每個角落，從而保證室內區域擁有理想的信號覆蓋。

二、室內分布系統的組成、應用及類型

室內分布系統通過功分器、耦合器等無源功率分配器件和干線放大器等有源器件及饋線、室內天線等設備將無線信號均勻分配到室內各個區域，實現無線信號對室內的延伸覆蓋。

1.室內分布系統由兩部分組成：

（1）信號源（微蜂窩、宏蜂窩、直放站、BBU+RRU等）；

（2）分布系統（同軸電纜、光纜、泄漏電纜、光端機、干線放大器、功分器、耦合器、天線等）。

2.需要建設室內分布系統的區域有：

室內盲區：新建大型建筑、停車場、辦公樓、賓館。

話務量高的大型室內場所：車站、機場、商場、體育館、購物中心，增加微蜂窩建立分層結構。

發生頻繁切換的室內場所：高層建筑的頂部，收到多個基站的功率近似的信號。

3.室內分布系統有以下幾種類型：

（1）同軸電纜分布方式無源分布系統

信號源通過組合使用的耦合器、功分器等無源器件進行分路，經饋線將信號均勻分布到室內各個角落。通過仔細的鏈路計算，達到信號的均勻分布。天線使用適合室內使用的吸頂式或壁掛式天線。覆蓋面積小，適用于中小型樓宇室內覆蓋場所。

（2）同軸電纜分布方式有源分布系統

在建筑物覆蓋面積較大時，前述的無源天饋線很難滿足需要；可增加中繼設備，如放大器，以補償信號在傳輸過程中的損耗。

（3）光纖分布系統

當覆蓋的區域比較分散、相距較遠或地形比較復雜時，可以采用光纖分布系統，通過拉遠的方式對各個分離的室內區域進行覆蓋。光纖站近端在信號源所在之處，通過近端實現光電轉換，將射頻信號轉換為光信號，并經光分路器分配進入光纖傳輸至各遠端；光纖遠端為光電轉換取出射頻信號，并經過功率放到輸入室分天饋系統。

（4）泄漏電纜分布系統

信號源通過耦合器、功分器等無源器件進行分路后，送入泄漏電纜中，并通過電纜外導體的一系列開口，在外導體上產生表面電流，從而在電纜開口處橫截面上形成電磁場，這些開口就相當于一系列的天線起到信號的發射和接收作用。在信號傳輸過程中，將信號均勻的分布在所經過的區域，這種方式稱為泄漏電纜分布系統。

三、室內分布系統設計

進行室內分布系統設計時，應把握的總體原則是：

“小功率、多天線”的覆蓋原則

“先局部、后整體”、“先平層、后主干”的設計順序

主干線上主要用耦合器，平層主要用功分器

主干線盡量采用7/8饋線，平層小于30米采用1/2饋線

進行室內分布系統設計時，有以下幾點需要注意：

1.室內分布系統天線布放方式

（1）走廊交叉位置布放天線

在走廊交叉位置布放天線，可以使該天線能夠照顧多個方向的覆蓋，在滿足覆蓋要求的情況下做到天線數量最少。

（2）切換區域布放天線

在電梯廳附近布放天線，在覆蓋房間的同時，兼顧電梯廳的覆蓋。

停車場出入口布放天線，布放位置一般選擇在拐角處。

（3）房間內布放天線

為了減少穿透墻體帶來的損耗，對于大型會議室、辦公區域等，如果物業允許的話，可以將天線布放到房間內。

（4）定向天線防止信號泄漏

對于一些容易發生信號泄漏的區域，如走廊盡頭靠窗位置，可以布放定向天線進行覆蓋，定向天線的主瓣方向朝里，利用定向天線后瓣的抑制特性，防止信號泄漏到室外造成干擾。

（5）干擾區域布放天線

如果在室內存在室外干擾信號的區域，而且客戶要求在室內區域必須占用室內信號，那么從室內覆蓋優化的角度（相對室外基站優化調整），則需要根據干擾信號強度和區域來決定室內天線的布放位置。確保天線布放后，在室內干擾區域，室內信號的導頻功率比室外干擾信號導頻功率高5dB以上。

2.電梯覆蓋需單獨考慮

天線主瓣方向朝向電梯井道一般可覆蓋4層；天線主瓣方向朝向電梯廳一般可覆蓋3層。

3.室內分布系統的功率分配原則

（1）“先平層設計”，主要用功分器（保證天線口功率平衡）；根據天線數量確定采用何種功分器，平層饋線小于30米一般用1/2饋線。

（2）“后主干設計”，主要用耦合器（可以節省功率）；根據主干信號功率和平層需要功率確定耦合器的耦合度；饋線一般用7/8饋線。

（3）如果主干線全采用耦合器，可能引起天線口功率不平衡，因此，主干線可采用耦合器+功分器分配功率方式。

4.系統切換設計

（1）一般建筑物大堂出入口切換區域建議在室外距離門口5～7米范圍內。切換區域不宜離馬路太近或進入室內過深。

大堂切換設計策略：

“小功率、多天線”方式；

定向天線從門口往里覆蓋；

天線口功率可調。

（2）電梯切換設計策略：

通常建議電梯內為同一小區；

當樓層太高，不能同一小區時，需要引入相鄰小區信號；

非全樓覆蓋時，電梯井道天線主瓣方向朝向電梯廳；

電梯內外不同小區時，切換區域選擇在電梯廳。

（3）車庫出入口切換設計：在車庫出入口位置安裝天線保證切換。

5.干擾和泄露

為建立較完美的無線覆蓋網絡，在設計時應兼顧邊緣場強的計算，保證不會產生明顯的信號泄漏。

小功率、多天線”覆蓋技術解決室外干擾和控制室內信號外泄；

在易外泄區域安裝定向天線控制室內信號外泄；

室外網絡優化。

四、結束語

室內分布系統的建設，可以較為全面地改善建筑物內的通話質量，提高移動電話接通率，開辟出高質量的室內移動通信區域。同時，使用微蜂窩系統可以分擔室外宏蜂窩話務，擴大網絡容量，從整體上提高移動網絡的服務水平。室內分布系統的設計是一項復雜的工作，需要考慮諸多方面的問題。本文只是從天線布放、電梯覆蓋、功率分配、系統切換、干擾和泄露幾個方面進行探討，在實際工程設計時還有許多問題需要考慮。

室內系統設計論文:低功耗、便攜式室內空氣質量檢測系統設計

摘 要：本系統以MSP430F5529單片機為核心，采用MQ138甲醛檢測傳感器、MS2200-P1一氧化碳檢測傳感器等多種傳感器檢測室內空氣中甲醛、一氧化碳等有害氣體并檢測甲醛濃度；利用AM2301溫濕度傳感器對現場溫濕度進行實時監測，并通過段式液晶顯示屏實時顯示甲醛濃度讀數，溫度、濕度讀數。整個系統體積小，重量輕，采用電池供電，攜帶方便。系統功耗低，價格低，適合家庭使用的空氣質量檢測系統，能快捷服務健康生活。

關鍵詞：MSP430F5529；有害氣體檢測；溫濕度檢測；超低功耗

居室、辦公室、賓館、飯店、商場等場所使用的裝潢材料中含有大量的有害化學成分如：甲醛等有害氣體常引發眼睛和喉嚨疼痛、皮炎等一系列健康問題，習慣稱之為“裝潢病”，在導致“裝潢病”的諸多物質中甲醛可算是罪魁禍首。且甲醛是一種潛在的致癌物質，對人體健康有較大的危害。專業機構測量甲醛等有害氣體價格昂貴，而且在時間方面受到限制。現代家庭使用的天然氣、液化氣可能發生泄漏引起爆炸。因此，設計一種低功耗、便攜式室內空氣質量檢測系統具有廣泛的應用價值。

1 系統組成及工作原理

該檢測系統由MSP430F5529單片機為核心，由傳感器、A/D轉化模塊和液晶顯示模塊組合而成。通過MQ138甲醛檢測傳感器檢測室內空氣中甲醛濃度，通過ms2200CO檢測傳感器檢測一氧化碳氣體，通過空氣質量傳感器 MQ135傳感器檢測室內空氣中其他有害氣體和可燃氣體，AM2301溫濕度傳感器對現場溫濕度進行實時監測，采用MSP430單片機自帶的AD轉換器對傳感器采集的信號進行模數轉換，利用段式液晶顯示屏顯示檢測結果。系統結構如圖1所示：

2 硬件電路設計

2.1 主控芯片MSP430F5529功能介紹。MSP430F5529是一種16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。尋址方式豐富，運行速度快，高達25MHz。當系統處于省電的低功耗狀態時，中斷喚醒只需5μs；并且體積小，電壓低，功耗低，適用于需要電池供電的便攜式儀器中。此外，內置的A/D轉換器的分辨率達到了12位，提高了轉換精度，使測量更加準確，內置A/D轉換器進一步降低了功耗。

2.2 MQ138甲醛檢測傳感器。MQ138傳感器的敏感材料是活性很高的金屬氧化物半導體，當在空氣中加熱到一定溫度時，發生氧化反應，氧原子吸附電子變成氧負離子，濃度升高。遇到還原氣體時氧負離子因發生還原反應導致其表面濃度降低。MQ138傳感器模擬信號和電平信號同時輸出，模擬量輸出隨濃度增加而增加，濃度越高電壓越高。用于家庭、環境的揮發物探測裝置，適宜于醛、醇、酮、芳族化合物的探測，氣敏感元件測試濃度范圍：苯 1 to 100ppm、甲苯10 to 100ppm、甲醛 1 to 10ppm。MQ138甲醛檢測傳感器測量原理圖如圖2所示。

2.3 MQ135空氣質量檢測傳感器。MQ135空氣質量檢測傳感器用于家庭、環境的有害氣體探測裝置，適宜于氨氣、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽、煙霧等氣體有害氣體的探測；氣體敏感元件測試濃度范圍：10 to1000ppm；對硫化物、苯系蒸汽、煙霧等有害氣體具有很高的靈敏度；具有長期的使用壽命和可靠的穩定性。MQ135空氣質量檢測傳感器測量原理圖如圖3所示。

2.4 ms2200CO檢測傳感器。ms2200CO檢測傳感器用于檢測一氧化碳氣體，工作在-10至60攝氏度，檢測濃度范圍：0-1000ppm（CO氣體）；對一氧化碳、煙、HC揮發氣體有高靈敏度，可用于該類氣體定性檢測；具有使用壽命長和穩定性可靠等特點。ms2200CO檢測傳感器測量原理圖如圖4所示。

2.5 AM2301溫濕度傳感器。AM2301傳感器又叫DHT21傳感器，是一款含有已校準數字信號輸出的復合式溫濕度傳感器。該傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC感溫元件，并與高性能單片機相連。

2.6 報警系統。為了使本系統對室內空氣品質的監測更為直觀，采用了由顯示屏和一個蜂鳴器構成的聲光報警電路。其中對應每一種有毒氣體都有一紅一綠兩個發光二極管與其對應，正常情況下對應綠色的發光二極管亮，蜂鳴器不響；當氣體的濃度超標時，對應紅色的發光二極管亮，并啟動蜂鳴器。

2.7 AD轉換電路。氣體傳感器出來的信號是模擬信號，而微處理器MSP430F5529只能處理數字信號，故需要對模擬信號信號進行轉換，將其轉換為處理器能識別的數字信號，由于經過放大電路出來的模擬電壓變化范圍在0～3V，故采用MSP430F5529單片機自帶AD進行模數轉換。

MSP430F5529對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0-3V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0809的時序接口為51系列單片機的標準總線接口，操作方便，如同對存儲器或I/O操作一樣，A/D轉換精度為8比特，滿足本課題要求。輸入的模擬電壓為0～3V，一次A/D轉換時間為100μS。

2.8 超低功耗。MSP430F5529繼承了MSP430單片機超低功耗的特點，可以軟件配置6種超低功耗模式，其處理功耗（1.8～3.6V，0.1?A/Power-down，0.8?A/Standby，250?A/MIPS）和口線輸入漏電流（最大50mA）在業界都是最低的。可以滿足本系統對超低功耗的要求，實現電池供電。

2.9 液晶顯示模塊。本系統所要顯示的數據一共有5個，分別是兩種有毒氣體的濃度和室內的溫度、濕度，顯示模塊采用單片機自帶的段式顯示屏。這種LCD是102x64矩陣LCD，帶背光，驅動簡單，適用于耗電量小為便攜式應用的場合。

3 軟件電路分析

系統軟件流程圖如圖5所示。

4 系統實驗方案

4.1 溫濕度檢測模塊設計實驗方案。選擇AM2301模塊進行溫濕度傳感器對現場溫濕度進行實時監測，將測得數據與標準溫濕度表進行比較，修正室內空氣質量檢測系統測量準確度。

4.2 有毒氣體檢測模塊設計實驗方案。有害氣體檢測模塊與MSP430單片機連接，利用單片機內置的A/D轉換器將氣體檢測傳感器模塊輸出的氣體濃度信息轉換為數字信號，并在顯示屏上顯示出來，將顯示出來的值與標準有害氣體濃度相比較，修正室內空氣質量檢測系統測量準確度。

5 結束語

檢測室內甲醛氣體濃度和可燃氣體（甲烷、丙烷等）；還可檢測室內溫度、濕度；可實時顯示甲醛濃度讀數、溫度、濕度讀數。體積小，重量輕，攜帶方便；采用電池供電，系統功耗低，價格低；適合家庭使用的空氣質量檢測系統。

室內系統設計論文:基于多網合一的室內覆蓋系統設計

摘要：如何利用現有資源減少投資，實現多種網絡合一的室內覆蓋規劃設計，是3G和后3G建設的熱點問題。

關鍵詞：室內覆蓋系統 多網合一 覆蓋規劃

0、引言

不同運營商的室內覆蓋系統之間不僅頻率不同，制式也不同，無法充分利用，既浪費投資又影響建筑物內的美觀，同時也給網絡維護帶來隱患。本文就多網合一的3G室內覆蓋系統的系統間干擾、容量、功率匹配等方面進行探討，本文的設計方法可以保證多系統的正常工作，互不干擾，可有效應用于實際的網絡建設中。

1、多網合一系統的關鍵問題

在多網合一室內覆蓋設計時，由于不同系統的設備輸出功率不同，不同頻段信號在饋線中的傳輸損耗不同，不同頻段無線信號在空間中的傳播損耗也不同；各系統設備及性能指標不同，導致各系統的接入節點位置不一致。在建設多制式通信系統合一時，運營商需要考慮多方面問題。

1.1系統合路：系統合路是在原有系統增加新的信號源，如原有室內覆蓋系統是無源方式，且器件工作頻段涵蓋了800MHz～2500MHz，則無需再改動。增加新系統時需在信號源部分使用雙頻或多頻合路器對信號合路/分路后（對上行是合路，對下行是分路）送到室內分布系統。

1.2覆蓋與容量：共用室內分布系統需滿足各種系統的覆蓋和容量要求。3G室內覆蓋系統設計建議優先采用“多天線、小功率”的方式，減少室內天線的輸出電平，以控制信號泄漏電平。

對于大型建筑物，信號在傳輸和分配過程中，信號強度低到一定程度就需增加干線放大器對其放大，此時需用合路器把信號合路/分路，通過各系統的干線放大器放大后，再通過雙頻或多頻合路器進行合路。

1.3功率匹配：多系統共用分布系統的一個突出問題是功率匹配。均需要在設計中進行綜合考慮。

1.4系統間干擾：多網合一的室內分布系統設計的重點，需要分析各系統間的干擾并提出抑制方法，保證各系統的正常工作。

在工程上運營商可以采用合路器隔離度、增加濾波器、空間隔離等幾種方法滿足雜散隔離度需求。

2 、系統的多網合一改造實例

某辦公樓的原有GSM室內覆蓋系統需要進行優化改造，使系統能兼容WLAN和TD-SCDMA系統。該建筑物有13層，地下有1層，有兩部電梯。樓內多為辦公區、會議室等。大樓中間為走廊，兩側為辦公區，結構具有代表性。

2.1 GSM、TD-SCDMA、WLAN系統的合路：信號源方面，TD-SCDMA目前多采用BBU+RRU的方式，能夠將遠點射頻模塊就近于天線安裝，降低了信號在饋線上的損耗。這種方式施工方便，對原有系統變動小，工程成本較低，無需依賴干放，是一種經濟的室內覆蓋系統組網方式。

TD-SCDMA設備RRU的輸出功率（27dBm左右）比GSM設備（40dBm左右）低，而在饋線中的損耗卻比GSM大，設計中不考慮在機房內進行合路，在無源器件中間級擇機合路，采取功率倒推的方式，根據模擬測試結果，計算出天線口需要的功率，返回推算出TD-SCDMA設備接入的合適具體位置。根據大量測試經驗，TD-SDMA系統天線口功率一般建議控制在7～10dBm左右，那么，從天線口至合路器位之間的饋線和器件及合路器損耗，應該控制在17dB左右。

WLAN系統的工作頻段比TD-SCDMA系統的工作頻段更高，如采用與TD-SCDMA系統相同位置合路的情況下，由于室內型AP設備輸出功率有限（一般在100mW以內），為擴大單個AP的覆蓋區域增大，工程上需要采用WLAN功率放大器，將AP信號放大，通過AP+干放的方式來解決覆蓋問題。通過鏈路計算，WLAN干放的輸出功率大致需要在30dBm左右。

2.2 功率匹配：根據工程經驗，TD-SCDMA和WLAN系統天線口功率建議控制在10dB左右，這就需要通過對RRU和AP干放的輸出功率的適當調整，使天線口的功率符合設計要求，在開通測試后優化調整，盡量保證信號的邊緣覆蓋場強的同時控制信號的外泄情況。

2.3 信號覆蓋：對大樓原有系統進行摸查核實，對所有器件及天線等進行認真核查，檢查是否與原有存檔的文件相符合。對于部分格局發生變化的區域，根據現場覆蓋情況，進行天線的增補。原有電梯內的覆蓋，是采用八木天線安裝在電梯井頂部和底部方式，天線間距很遠，另外電梯覆蓋原有采用八木天線，由于八木天線的頻帶無法覆蓋到2GHz頻段，因此考慮本次TD-SCDMA系統的電梯覆蓋，采取重新布放饋線和寬頻定向天線的方式。

信號覆蓋方面：TD-SCDMA系統，需對大樓實現全覆蓋；WLAN系統，主要覆蓋辦公區和會議室等重點區域，而電梯及地下室等區域，無需考慮WLAN的信號覆蓋。

2.4 系統容量WLAN系統：工程設計上一般每AP接入用戶數在20～30個左右應該比較合適。由于本大樓平層面積不大，對覆蓋區域內的用戶數進行估算，同時為凈化信道環境，減低信道干擾，并結合實際工程經驗，對于在辦公區域，每兩層樓采用一個AP來進行覆蓋，基本能滿足用戶需求。對于特殊熱點區域，如大型會議室等場所，可采用多個AP合路的方式來解決。如果要進一步擴大用戶容量，可采用支持802.11g標準的設備，該標準下單個AP最佳最大并發用戶接入數是75。

TD-SCDMA系統：采用BBU+RRU的方式，分布式基站使容量和覆蓋能彼此獨立來規劃，使室內覆蓋系統的規劃變得簡單，并且帶來很大的靈活性。由于目前項目處于試點階段，初期用戶數目少，網絡提供的業務相對簡單，對容量要求不明顯，主要完成室內的信號覆蓋，本方案暫時對每小區配置3個載波。

2.5 系統共存時的干擾：在多網合一的室內分布系統的設計中，對系統間干擾的分析和抑制顯得至關重要。根據前面的理論分析和計算，只要合路器的隔離度滿足大于90dB，就可以采用合路器隔離的方式來抑制3個系統間的干擾。

3、結束語

多系統室內覆蓋應重點考慮不同系統間的雜散和互調的影響，當系統較少時，可只考慮雜散指標的要求。考慮到工程成本、建筑物美觀及特殊場景需求，多系統共用室內分布系統是未來的發展方向。

室內系統設計論文:基于光纖光柵探測器的室內溫度檢測系統設計

【摘 要】為了精確、穩定地獲得糧倉內大范圍的溫度分布，設計了光纖布拉格光柵測溫系統。系統通過光纖網絡對糧倉內進行大范圍溫度檢測，利用光纖布拉格光柵所測溫度與中心波長之間存在線性的關系，根據光譜線性頻移函數獲得倉內各位置的精確溫度。其中每個光柵的工作波長相互分開，經3dB的耦合器反射后，再用波長探測解調系統對多個光柵的線性頻移進行測量，即可檢測出倉內各處的溫度。實驗采用FBG封裝的光纖、LPT-101型光源、放大處理電路等設備獲得采集得到的溫度信息。通過Origin軟件畫出了被測溫度與波長頻移的關系圖，同時與傳統的測量方法K型熱電偶的測量數據進行比較。實驗結果顯示，光纖布拉格光柵測得溫度與標準溫度更接近，且抗干擾能力更強，滿足糧倉內大范圍溫度監測的要求。

【關鍵詞】光纖布拉格光柵；溫度檢測；光譜線性頻移；糧倉

0 引言

溫度檢測在很多領域都有應用，生產廠房的溫度檢測、住宅區的室溫控制、農業生產中溫室大棚的恒溫監控等。目前，國內外對于溫度檢測的主要方法有：熱電偶型測溫系統，具有結構簡單，探測區域大的特性，而其屬于接觸式測量，易污染、精度較低。數字集成溫度探測芯片，該溫度探測器功耗低、體積小，常應用于單點探測，在多點位大范圍測試中誤差較大。除此之外，光纖測溫器也是一個常見類型，其靈敏度高、適合遠距離檢測，但多路檢測測量難度大、工藝復雜、價格高；半導體吸收式光纖溫度傳感器溫度監測系統，其優點是將光纖僅用于傳輸，測量采用其它光學或機械的元件完成，監測被測溫度的變化；智能（數字）溫度傳感器溫度監測系統，其內部包含處理芯片，適用于測溫位置在線處理的場合。我國傳統的內部溫度測量方法是直接將溫度計插入糧食中檢測，工作量大、效率低、精度差；除此之外，國內還有采用基于PN結或熱敏電阻的溫度檢測系統[11]，但其傳統電路設計上存在干擾、濾波不穩定，線路復雜等問題。而測溫電纜技術在實際應用中不但工藝復雜，且部分結構需要專用設備，十分不便。

相比之下，采用波長調制的光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating，FBG）傳感器[12-14]避免了溫度測試信號受光源變動、光纖損耗等的影響；采用波分復用技術在一根光纖中串入多個布拉格光柵實現分布式測量，大大降低了系統復雜度；采用光譜線性頻移的監測手段，測量精度高、范圍廣、分布密度大。本文在采用分布式光纖布拉格光柵結構的基礎上，利用光纖布拉格光柵所測溫度與中心波長之間的線性函數關系，提出了一種通過光譜線性頻移反演分布式糧溫的新方法，提高了檢測精度、溫控范圍和溫度數據密度。

1 溫度探測系統設計

系統采用了一種新的分布式光纖布拉格光柵測溫方法，即通過光纖布拉格光柵溫度探測器對糧倉各處的局部溫度進行監測。由于光譜線性頻移程度與被測溫度存在函數關系，即中心波長與被測溫度之間呈線性關系。分布式光纖探測系統是可從整體上大范圍地對被測物理量的變化進行監測的探測網絡。本文采用的是分布式光纖布拉格光柵探測結構，根據系統性能，建立了糧倉的數學模型。處理器控制寬帶光源發射探測光，通過耦合器進入多組光纖通道，每組光纖通道中設置光纖光柵探測器，在糧倉內網絡式分布，從而獲得糧倉內各處的糧溫數據。回波信號經解調儀解調，將帶有溫度信息的數據傳給處理器，經過處理器將糧倉各位置糧溫數據顯示在控制臺上。

2 光纖光柵基本原理

在光纖光柵之前，將在平面光波導中沿入射光傳播方向制作的多層介質結構，即布拉格光柵。光纖中的光柵反射實際上是一種層狀介質的反射，由光纖中沿軸向分布的多層介質結構構成光纖布拉格光柵。

常用的電類溫度傳感器有熱敏電阻溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器，其極易受外界的電磁干擾，會由于測量距離、輻射系數等因素導致測量精度降低。而光纖光柵溫度傳感器不僅具有普通光纖溫度傳感器的優點，還有光譜特性好、損耗率低及穩定性高等特點，且波長編碼信息不受光源功率波動或耦合損耗等的影響。同時，在一根光纖中可設置多個光柵，使光柵陣列信息量大，結合波分復用等技術非常適合大范圍的分布式網絡化的糧溫監測。

光纖布拉格光柵探測器中的寬譜光源可采用面發光二極管SLED或放大自發輻射光源ASE等，光傳輸及轉換部分由光耦合器或光環形器構成。當光源系統發出一定帶寬的光入射到光纖光柵后，由于光纖光柵對中心波長具有選擇作用，只有符合波長關系的光被才會被反射，并再次通過光傳輸結構送入解調裝置解調，最后解調光會體現出光纖光柵反射波長的變化特性。當利用光纖布拉格光柵原理檢測糧倉內局部糧溫時，由于糧溫變化引發的光柵自身的折射率或柵距的改變會使反射波長產生相應的變化，最終對由解調器檢測得到的波長變化推導計算即可求得相應位置實時的糧溫數據。探測器獲得的尖峰波長隨著糧溫的變化持續變化，探測器帶寬是指光纖布拉格光柵反射峰對應的帶寬，其檢測精度越高，則帶寬就越小，由于工藝水平的限制，一般在0.2-0.3nm之間。

3 解調儀

光纖布拉格光柵采用波長調制，對布拉格波長移動的檢測獲取糧溫變化信息的重要步驟。目前國內外實用化的解調技術主要有：采用可調諧F-P濾波器和寬帶光源掃描傳感光纖光柵的反射譜；采用大功率可調諧窄帶激光源對傳感光纖光柵進行波長掃描；采用建立在色散元件和陣列相結合基礎上的光譜成像技術進行波長分析。ASE光源發出的寬帶光經過F-P（Fabry-Perot）濾波器，因為不同的掃描電壓所對應的中心波長各有不同。在掃描電壓的控制下，窄帶光穿過F-P濾波器，其中透射光經耦合器的分光后，產生多個可與測量通道相接的光路，3個測量通道的反射光回波信號被光電探測器采集從而獲得反射譜。這些反射譜都是電壓信號，被放大濾波后傳輸給信號采集模塊，最終導入計算機，從而解調出糧溫信息。

4 結論

本文針對糧倉內大范圍的糧溫實時監測困難大，設計了基于光纖布拉格光柵測溫原理的分布式糧溫網絡監測系統。系統根據光纖布拉格光柵所測溫度與中心波長之間存在線性的關系，利用光譜線性頻移函數獲得倉內各位置的精確溫度。實驗采用LPT-101型光源、FBG封裝的光纖及處理電路等獲得模擬糧倉中的分布溫度數據。通過計算光譜線性頻移量及溫度標定的方法獲得對應處溫度信息，再由Origin軟件畫出了被測溫度與波長變化的關系圖，與傳統的K型熱電偶單點測溫方法進行比較。實驗結果顯示，光纖布拉格光柵測溫法的精度滿足設計要求，且具備抗干擾能力強，可獲得大范圍多點的實時糧溫數據。

室內系統設計論文:高層建筑TD-SCDMA室內分布系統設計與優化探討

【摘要】高樓林立是大都市的特色，而混凝土和金屬材料的大量使用卻使建筑物對無線信號產生屏蔽。因此室分系統在TD室內業務覆蓋和性能指標中起著舉足輕重的作用。本文主要針對高層建筑條件下TD信號的特點提出適合的室內分布系統的設計方案，并結合測試結果提出優化方案。

【關鍵詞】TD-SCDMA室內分布系統高層建筑優化方案

一、引言

移動通信業務中，只占覆蓋總面積的20%左右的室內，但卻產生了70%的業務量。而建筑材料會對包括TD信號在內的無線信號造成屏蔽。高層建筑物的較低層，TD基站的信號較弱；而較高層，信號雖較強但雜亂，會出現干擾嚴重甚至沒有信號的現象。

為解決上述問題，TD網絡有必要引入室內分布系統以清除盲區，吸收室內話務量，改善室內通話質量。另外，TD室內覆蓋方案還要考慮融合并充分利用樓宇內已有的2G或其它制式的3G室分系統。

二、室內覆蓋技術特性

2.1空間損耗分析

TD的頻段為高頻段，衰落比GSM900大，本文選取2010 MHz-2025 MHz頻段來計算TD與當前2G系統在室內環境的傳播損耗差值。由于室內電磁波的輻射模式相對簡單，采用自由空間模型。計算結果表明在自由空間里，TD的傳播路徑損耗約比GSM900高6.6 dB，比GSM1800高0.8 dB。

2.2天饋系統的損耗

在天饋系統中，如果原系統使用的饋線為7/8與1/2的組合，TD系統的綜合損耗約高于GSM900系統2～5 dB，高于GSM1800系統約1 dB；如果原系統中含有8 D、10 D等饋線，則分別高出為5～8 dB和2 dB。

2.3遮擋物典型損耗值

TD信號傳播能力差，深層覆蓋不理想，TD網絡將出現更多盲區和弱信號區。遮擋物損耗值如表1所示，從表1中可見，鋼筋混凝土的遮擋損耗值最大。

三、室內分布系統設計

3.1設計技術指標

（1）無線覆蓋區內可接通率達區內約90%，且MS在99%的時間里可以接入網絡。（2）話音、CS64k、PS數據的塊差錯率分別在1%左右、0.1～1%及5～10%。（3）無線信道呼損不超過2%。

3.2邊緣場強要求[1]

（1）主公共控制物理信道載干比PCCPCH C/I≥-3 dB。（2）外泄電平在室外10米處的接收信號碼功率PCCPCH RSCP≤-95 dBm。（3）無線覆蓋邊緣場強PCCPCH RSCP≥-85 dBm。

3.3功率配置方案

（1）信源采用PCCPCH信道功率進行功率預算，按32 dBm（12 W、6載波）進行功率預算。（2）PCCPCH信道功率在樓層天線口為5～10 dBm，在電梯天線口為10～15dBm。（3）單站RRU數量小于等于6個的，不采用光纜級聯方式。（4）覆蓋半徑取6～10米。

3.4小區配置方案

（1）切換區域適中。如過大容易引起小區間的干擾，而過小不容易保證切換時間的要求。（2）室分系統小區切換到室外的宏基站規劃在進入建筑物處；別的區域，則需要控制信號室內外相互泄漏。（3）樓層是室分小區邊界，因而樓梯處即為切換帶。（4）電梯內信號覆蓋可與較低樓層共在一個小區或單獨劃分，與電梯外信號的切換盡量設置在電梯的門廳處。

3.5信源規劃及設計

TD室內覆蓋可選擇的信源有BBU+RRU、光纖直放站、無線直放站三種類型。考慮到目前TD-SCDMA網絡重點覆蓋數據業務需求區域的建設策略，采用BBU+RRU作為信號源。另外，對于2G室內分布改造站點，BBU的安裝位置應盡量接近原有2G信源設備（微蜂窩或光纖直放站），以利于方便引接原有的傳輸設備或傳輸光纜[3]。

3.6功率核算

（1）信源輸出功率：PCCPCH信道功率（雙碼道）為32 dBm[3]。（2）邊緣場強：普通建筑物PCCPCH RSCP≥-80 dBm C/I≥0 dB；地下室、電梯等封閉場景PCCPCH RSCP≥-85 dBm C/I≥-3 dB。（3）天線口功率≤10 dBm。（4）TD基站和終端間的最小耦合損耗應大于57.5 dB。

3.7切換區規劃

（1）進出建筑物的切換：切換帶在建筑物門口外5米以內非馬路的平坦地面。（2）建筑物窗口處的切換：室分系統的天線可放置在近窗邊位置，使室內小區盡量覆蓋全部室內用戶；或者通過改變小區選擇/重選的參數，使用戶優先選接室內小區；而建筑物高層的室內和室外小區則用單向鄰區策略，也可以不配置鄰區關系。（3）電梯間的切換：上下電梯的切換設在電梯口；用戶在乘坐一臺電梯的過程中無需切換。

3.8泄控制

要精確控制電信號的泄漏，可采取輻射功率小的多根天線。主要通過利用減小天線輻射功率、利用建筑物的屏蔽作用、合理選擇天線布放位置來完成。使PCCPCH RSCP達到室外10米處滿足≤95 dBm或室內小區外泄比室外主小區低10 dB[4]。

四、室內分布系統優化分析

室內分布系統有施工難度大，走線復雜，容易造成覆蓋盲區等特點。因此很容易出現問題，從而嚴重影響網絡質量。如果不預先防范，將對后期優化工作帶來很大的障礙。

4.1室分系統問題定位

經過測試取樣，室分系統出現最多的問題是信號在部分樓層與電梯間內無法覆蓋。另外部分天線失效、電平泄露、乒乓效應等問題也偶有出現。經過進一步勘測和分析，造成以上問題的主要是RRU和饋線的原因。主要表現有： RRU配置不當；饋線、光纜或器件故障；RNC功率低。

4.2常見問題優化分析

（1）RRU故障類問題。RRU故障是導致室內無信號覆蓋問題最主要的原因，造成RRU故障的主要原因則是RRU的配置不當，在確定正確配置RRU后問題如果仍存在，則可能是硬件問題或饋線故障。（2）饋線故障類問題。導致部分樓層無覆蓋或者弱覆蓋的第二個主要原因是饋線故障。在排除饋線故障時可以首先從饋線線頭松動和規格不匹配這兩個方面入手。（3）室內的小區切換問題。高層建筑的信號由于建筑物內的空間基本都是相對隔離的，信號分布狀況相對復雜。在進行室內覆蓋設計時，要選擇人員活動較少的空閑的角落作為切換帶。

五、總結

室分系統設計對TD網絡建設具有意義重大。本文針對高層建筑內無線信號特點和業務需求，提出高層建筑室分系統在設計階段應統籌考慮覆蓋，切換等關鍵問題。然后根據測試結果發現室內覆蓋出現問題的主要原因是信源、饋線故障以及小區切換規劃設計。因此在施工階段，要特別注意上述內容。另外網優人員也應及早介入室內分布系統的優化測試中，及時解決覆蓋中遇到的問題。