半封闭空间人员跟踪系统设计

2014-11-22杨福涛

鞍山师范学院学报 2014年4期

杨福涛，马翔

(鞍山师范学院物理科学与技术学院，辽宁鞍山114007)

本文所设定的半封闭空间指的是具有有限多个可按需求开启或关闭的可控的出入口的封闭空间．当前，在例如超市等半封闭空间人流密集，儿童等特殊人群容易走失，或被不法人员利用，针对这一情况，本文设计了一种人员跟踪系统，适合于超市等半封闭空间．

1 系统总体设计

如图1所示，本系统由三大部分组成．第一部分是两个可以相互通信的手环(图中的A1，A2)，此环一个戴在父母手腕上(A1)，一个戴在孩子手腕上(A2)．其中A1定时向A2发送问候信息，A2接到后向A1发出应答信息．同时，A2也定时发出带有自身信息的无线信号，以利用其它设备监控其动向．其中A1的功率较大，而A2的功率较小，当A2与A1的距离较大(5 m)时，由于功率问题［1］，A1便不能接收到A2发出的应答信息，此时，A1向此系统的第二个组成部分——中控系统发出紧急情况指令，报告当前疑似走失情况信息．因为手环对间通信采用CDMA方式，每个儿童手环都有自己对应的标识码，这样中控系统就了解到当前的疑似走失情况信息，并通过无线信号发送给超市的所有门禁系统．门禁系统是本系统的第三个组成部分，负责接收来自中控系统的指令，同时对疑似走失的标识码进行扫描，当戴着这个手环的儿童接近超市的门禁系统时，门禁系统接收到疑似走失的手环的信号，发出告警指令，提醒超市工作人员注意．

2 手环系统设计

手环系统分为A1和A2，其中A1为主手环，戴在父母手腕上，而A2为副手环，戴在儿童手腕上．为了方便大量的手环对同时使用，本系统采用CDMA通信方式，这样做的好处是，大量的手环对可以同时使用，而相互不干扰．而且CDMA通信方式的通信质量好，抗干扰能力强，保密性好，此外，CDMA通信方式本身使每对手环都具有了独特的身份标识码，非常有利于对身份的区分，这也为其它系统的工作创造了有利的条件．

A1和A2都可以向对方定时发送问候信息，且任何一方接到问候信息后都应该及时发送应答信息，以保证联系的通畅．其中A1的发射功率较大，而A2的发射功率较小，为了控制A2发送信号的传输距离，可以借助发送距离与频率及根据公式［2］

式(1)中Lfs为传输损耗，d为传输距离，频率的单位以MHz计算．

图1 封闭空间人员跟踪体系总体框图

在固定的频率条件下，影响通信距离的因素有:发射功率、接收灵敏度、传播损耗、天线增益等．对于系统设计者，周围环境对电波的吸收、多径干扰、传播损耗等无法改变，但可以优化发射功率、接收灵敏度和天线等．可以通过调整A2的发射功率和A1的接收灵敏度来将A1可以接收A2的距离限定在合理的范围内，本系统预计将此距离限定在5 m［3］．

A1环的程序可由流程图2(a)来表示，A2环的程序可由流程图2(b)来表示．

图2 手环对程序流程图

3 中控系统设计

本系统的中控系统负责监控所有手环对的状态，一旦有手环对间出现疑似失联状态，则中控系统利用802．11无线通信协议［4］，将失联者的信息(标识码)发送给门禁系统，门禁系统启动监听程序，一旦失联的副手环靠近门禁系统(5 m)，门禁系统会接受到副手环发来的问候信息(如图2(b)所示)，然后立刻发出告警声，防止儿童自己走失或被不法人员带离．同时，短暂失联的手环对，在重新建立联系后，主手环会再次向中控系统发送信息，解除疑似失联信息(如图2(a)所示)，中控系统会及时向门禁系统发送信息，取消对此疑似失联手环的监听，这样，即使此副手环靠近门禁系统，门禁系统也不会发出任何告警声音．

中控系统的程序可由流程图3来表示．

4 门禁系统设计

本系统的门禁系统是保证失联儿童安全的关键，一旦儿童所戴的副手环与父母所戴的主手环失联，中控系统就通过802．11无线通信协议将此失联手环的标识码发送给门禁系统，门禁系统立刻启动对此标识码的监听，一旦此手环出现在门禁系统的附近(离开超市的必经之路)，因为副手环会不断地发送带有自身标识码的问候信息，则副手环发送的问候信息会被门禁系统的监听程序发现，并立刻发出告警音，提醒超市工作人员及其他群众，有与父母失去联系的孩子将要离开此超市，引起大家的注意，这样就可以有效避免孩子走失现象的发生．

门禁系统的程序可由流程图4来表示．