俞林洋 李延芳
宁波财经学院 浙江宁波315000
摘要：
为了增强无线对讲机等户外通讯工具的通讯能力，本文设计了一种智能无线通信中继器，当用户遇到紧急情况且通讯条件较差时，可借助该设备拓展无线通信设备的通讯范围去寻求帮助，保障户外爱好者的生命安全。通过构建设备的硬件和软件系统，实现了无线通信中继、通讯条件预警、智能中继频道检索、全频段紧急呼救、手机无线控制、设备性能与续航调节、自定义的条件触发等功能。
关键词：
无线通信中继；通讯技术；户外旅游；户外通讯；
资金资助：
2020年宁波财经学院校内科研课题“野外通讯增强终端”（项目编号：1042220010）
前言：
近年来，随着居民生活水平的不断提高，人们对娱乐的需求不断上升。户外探险，因其独有的刺激性、成就感，逐渐成为大众的娱乐项目，但户外探险所隐藏的危险却不容小视。很多探险者喜欢去探索一些未开发的山区，而这些未开发的山区通常没有良好的安全措施、通讯设施。当山难出现时，往往因不良的通讯条件导致悲剧的发生。【1】
总体设计思路：
专业的大功率手持对讲机的有效通讯范围大都在2-5千米内，实际上，在有复杂地形阻挡下，通讯范围会大大减少。手持的对讲机由于需考虑在户外的续航，无法将无线的功率设置的很高，导致其通讯范围相对有限。当团队遇险时，有限的通讯范围无法及时与外界取得联系，救援也就无法及时到达，这很容易酝酿出大事故。此时一个可以放大信号的便携无线通信中继器就显的尤为重要。
在无线对讲系统中，中继台对于扩大通讯覆盖范围有不可或缺的作用，是专业无线通讯系统必备设备。它是一台负责中转无线信号的电台。由于建筑物及地形等的遮挡，在地面上的两个无线对讲设备的信号可能无法直接交流，但这两个无线对讲设备能够通过这个中继电台进行交流，于是各个无线对讲设备就通过中继电台的转发拓展通讯范围，以此实现帮助小功率无线对讲设备扩大信号的目的。【2】
智能便携无线通信中继器的设计：
智能无线通信中继器的设计主要为硬件、软件两个部分。
硬件部分主要由集成芯片、显示面板、电源、无线通讯模块、多功能接口、按键、定位模块、蓝牙通信模块组成。
软件部分主要由中继设置软件、手机交互软件、电源管理系统、紧急呼救系统、通讯频道检索系统、自定义功能软件。
在软硬件配合的情况下，系统可以实现：无线通信中继、通讯条件预警、智能中继频道检索、全频段紧急呼救、手机无线控制、设备性能与续航调节、自定义的条件触发功能。【3】
硬件介绍：
硬件部分主要由集成芯片、显示面板、电源、无线通讯模块、多功能接口、按键、定位模块、蓝牙通信模块组成。
① 集成芯片：硬件的核心部分，负责整个产品的功能实现和硬件调度，集成芯片的选择主要是arm单片机或树莓派，两者各有优劣，前者省电待机时间长，但功能相对来说较少，开发空间少；后者功能多样化，自由度极高，但功耗相对较大。
② 显示面板：使用反射式显示屏，相对于普通液晶显示面板，功耗更低，且在强光下也可清晰显示。在智能便携通信中继器工作时，用户可通过显示器准确的了解并控制其工作状态。
③ 电源：电源使用多块高能量密度的锂电池板并联，并且可支持更换，在户外通过携带多块备用电池可大大提升续航范围。
④ 无线通讯模块：大功率RF收发模块并且在模块的前端配有滤波电路，减少纹波对通讯的影响。其天线可拓展到背包表面，可大大扩大通讯范围，且方便在户外携带。
⑤ 多功能接口：可提供两个USB接口和一个Type-C接口，可在户外为其他设备供电，同时该设备电量不足时，可通过其他设备供电，例如：移动电源、太阳能发电板甚至手摇发电机。且可以连接电脑，通过电脑对设备的功能进行个性化开发修改。
⑥ 功能按键：可配合触摸屏简便的控制设备，也可以自定义功能按键的功能，例如：一键求救、一键省电等。
⑦ 定位模块：使用接入北斗导航、GPS和格洛纳斯等导航系统的芯片，在紧急呼救时可将自身的坐标转成语音发送到无线中，极大的方便了救援工作。
⑧ 蓝牙通讯模块：设备通过蓝牙可以连接到用户的手机，可以让用户在手机上对设备进行控制。
软件介绍：
软件部分主要由中继设置软件、手机交互软件、电源管理系统、紧急呼救系统、通讯频道检算系统、自定义功能软件组成。
① 设备交互系统：用于控制和协调该设备软硬件工作，提供用户在设备上最基本的交互，也是其他软件系统工作的基础。
② 中继设置软件：用于调节无线通信中继的主要参数，如：上行频率、下行频率、差频、亚音等。用户如果有多个智能便携无线通信中继器也可以通过蓝牙同步设置多个设备，实现多端实时通讯。【4】
③ 手机交互软件：用于设备、手机之间的交互通信。可在手机上快速完成对设备的功能配置。
④ 电源管理系统：用于平衡设备的性能与功耗，用户可基于当前的使用情况选择设备的工作模式。
⑤ 紧急呼叫系统：当该功能开启该时，该系统会通知电源管理系统，将无关通讯的功能的功耗调至最低，使设备可以尽可能的长时间高功率呼救。用户可以在现场配置一个方案执行，也可执行用户事先配置好的方案。
⑥ 通讯频段搜索系统：用于搜索附近存在的通讯频段，用户可基于需求来中继附近存在的频段，或者寻找空闲的频段降低通讯的干扰。也可配合紧急求救系统使用，寻找有人监听的频段。
⑦ 自定义功能软件：用户可使用系统给出的功能选项来配置条件任务，例如：每隔一小时，对指定频段发送自身位置信息。用户也可以将设备连接电脑，添加用户自己开发的功能到设备中。
总结：
本文面向户外探险爱好者群体，设计了一种具有无线通信中继、通讯条件预警、智能中继频道检索、全频段紧急呼救、手机无线控制、设备性能与续航调节、自定义的条件触发等功能的户外便携无线通信中继器，该设备改善了户外通讯条件，降低了旅游风险和损失。
【1】耿进娜.浅析探险旅游发展现状及对策[J].经济研究导刊,2013(04):189-190.
【2】张恒涛.提高电台通讯距离方法探讨[J].石油仪器,2014,28(05):83-85.
【3】曾明如,李伟,罗浩,徐志敏,徐小勇,祝琴.基于ARM和RF无线技术的智能家居系统设计[J].南昌大学学报(理科版),2015,39(05):437-441.
【4】知乎 我是雕刻师 业余无线电中的中继台介绍 发布于 2020-02-08 https://zhuanlan.zhihu.com/p/105729855