CN114186652B - 基于rfid与微动开关的电表信息智能识别装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置及方法,该装置包括:多个微动开关,分别布置在计量箱内每个电表的安装位置处,用于感知计量箱内各预设位置处电表是否安装;多个RFID模块,分别布置在计量箱内每个电表上;多天线通道模块,用于通过多路天线通道对应绑定连接各RFID模块,以读取各RFID模块中存储的电表信息;以及主控模块,用于检测各微动开关的状态,发送控制信号给多天线通道模块,以及接收电表信息并根据天线通道确定对应电表的位置信息。本发明具有结构简单、成本低、能够实现箱表关系精准绑定且信息识别效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及智能电能表技术领域,尤其涉及一种基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置及方法。
背景技术
电表是用电管理的主要手段。针对于电表数据管理,最初是采用人工抄表方式,但是人工抄表方式,需要依赖于工作人员现场抄读,不仅工作量大且易于发生抄读错误的问题。当前电表的管理已从传统的人工抄表转变为自动化管理,通过使用RFID(RadioFrequency Identification,射频识别)等技术可以实现电表资产信息存储和读取,大大提高电表管理的便捷性。
RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)技术即是通过阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信以识别目标,RFID具有非接触、自动识别、跨障碍物识别、多个目标同时识别等优点。利用RFID实现远程抄表,可以同时高效的实现多台电表资产信息数据抄读。现有技术中基于RFID实现电表资产信息数据抄读时,通常是先在电表安装的同时人工记录该电表信息对应的安装位置,基于记录的位置绑定表箱与电表之间关系。但是上述基于RFID实现电表资产信息数据抄读和电表安装位置登记时,必须依赖于人工在电表安装的同时记录下电表的安装位置,否则无法进行电表信息与电表之间的对应绑定,而采用人工方式记录电表的安装位置,由于现场所存在的电表众多,不仅操作效率低、工作量大,且人工记录的方式非常易于发生错误,实际中就无法确保各电表位置的精准绑定,而一旦记录错误,即会导致多台电表资产信息和安装出错。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种结构简单、成本低、能够实现箱表关系精准绑定且信息识别效率高的基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置及方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置,包括:
多个微动开关,分别布置在计量箱内每个电表的安装位置处,用于通过微动开关动作感知计量箱内各预设位置处电表是否安装;
多个RFID模块,分别布置在计量箱内每个电表上,每个所述RFID模块存储有对应电表的电表信息;
一个多天线通道模块,用于通过多路天线通道对应绑定连接各所述RFID模块,以读取所述RFID模块中存储的电表信息;
以及一个主控模块,分别与所述微动开关、多天线通道模块连接,用于检测各所述微动开关的状态,发送控制信号给所述多天线通道模块,以及接收所述电表信息并根据所述天线通道确定对应电表的位置信息。
进一步的,所述微动开关包括点动开关,当对应位置的电表安装后触发所述点动开关闭合,以使得与所述主控模块的连接接口处电压发生跳变。
进一步的,所述RFID模块包括RFID电子标签以及RFID读卡器,所述RFID电子标签内置在每台电表中,以用于存储所述电表的电表信息,所述RFID读卡器设置在每台电表的外部,以用于读取所述RFID电子标签中存储的电表信息。
进一步的,当所述多天线通道模块、接收到控制信号时,控制向对应位置的RFID模块发送高频信号,以激活所述RFID电子标签,RFID读卡器读取所述RFID电子标签中的电表信息,通过对应的所述天线通道传输给所述主控模块。
进一步的,每一个所述RFID模块通过所述多天线通道模块中一路天线通道与主控模块连接,即各所述RFID模块与各所述天线通道之间一一对应,当存在所述微动开关的状态发生变化时,所述主控模块控制接通对应天线通道的控制开关,以控制对应通道的所述RFID模块发送存储的电表信息。
进一步的,所述主控模块为单片机电路模块,每个所述微动开关对应与所述单片机电路模块的一个IO口连接,当所述单片机电路模块检测到目标IO口的电平发生跳变时,判定目标IO口所对应位置处的电表已安装,发生控制信号给所述多天线通道模块,以控制对应的所述RFID模块发送存储的电表信息。
一种利用上述基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置的控制方法,步骤包括:
S01.检测在计量箱内每个电表的安装位置处布置的各所述微动开关的状态;
S02.当检测到存在所述微动开关的状态发生变化时,发送对应的控制信号给所述多天线通道模块;
S03.所述多天线通道模块控制接通对应的天线通道,以控制向对应位置的所述RFID模块发送高频信号;
S04.接收到高频信号的所述RFID模块读取出存储的电表信息,通过所述天线通道发送给所述主控模块;
S05.所述主控模块接收到所述电表信息后,根据传输的所述天线通道的位置确定电表的位置信息。
进一步的,所述步骤S02中当检测到目标接口处的电平发生跳变时,发送控制信号给所述多天线通道模块中与目标接口对应连接的目标天线通道;所述步骤S03中,控制接通所述目标天线通道,以向与目标接口连接的目标RFID模块发送高频信号;所述步骤S04中,当目标RFID模块接收到高频信号时,激活内置在电表中的RFID电子标签,由RFID读卡器读取所述RFID电子标签中的电表信息。
进一步的,所述步骤S05后还包括将接收到的电表信息与确定出的电表的位置信息建立对应关系,生成箱表关系表,所述箱表关系表包括计量箱内所有电表与电表信息之间的对应关系。
进一步的,所述步骤S04中所述RFID模块发送电表信息时,还包括根据所述RFID模块中RFID电子标签与RFID读卡器之间的距离,控制所述RFID读卡器的天线发送功率P,具体按照下式得到所述天线发送功率P:
其中,d0为参考距离,P(d0)是RFID电子标签处于参考距离时RFID读卡器接收到的信号强度,Xσ是标准偏差为σ的正态随机误差;n为路径损耗指数,即为路径损耗随距离增长的速率。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、本发明通过在每个电表下方安装微动开关来感知电表的安装位置,当电表安装后会触发微动开关动作,通过具有多天线的RFID识别机制,对电能表内置的RFID电子标签进行读取以获得电表信息,同时通过将每路天线通道与电表的位置对应,使得可以精准获取到箱表位置关系,实现箱表关系精准绑定,不仅实现操作简单,且可以有效提高电表计量效率以及精度。
2、本发明通过为每个电表布置感知安装位置的微动开关,同时将各微动开关对应连接至主控模块的不同接口,使得可以快速的主动发现电表的安装,同时精准识别电表的安装位置。
3、本发明通过每个电表的微动开关与主控模块中的接口一一对应,各RFID模块又分别与各路天线通道一一对应,则当主控模块判断到某个位置电表安装时,即可精准通过对应的天线通道控制电表安装位置处的RFID读卡器读取RFID电子标签,可以有效避免发生串码、误动等扰动。
4、本发明进一步通过控制RFID天线的发射功率,使得每个RFID天线与电表具有唯一对应关系,根据RFID读卡器的天线发送功率和RFID电子标签距离的关系,可以保证每一个RFID读卡器的天线发送功率只能激活本位置电表中内置的RFID电子标签,读取并传送该位置的电表信息,而不会读取其他位置的电表RFID电子标签,从而避免出现发送高频波时箱内其他电表也产生感应电动势而引起的误动现象。
附图说明
图1是本实施例基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置的结构示意图。
图2是本实施例基于RFID与微动开关的电表信息智能识别控制方法的实现流程示意图。
图3是本发明具体应用实施例中基于RFID与微动开关实现电表信息智能识别控制的详细流程示意图。
图例说明:1、微动开关;2、RFID模块;201、RFID电子标签;202、RFID读卡器;3、多天线通道模块;4、主控模块;5、电表;6、计量箱;7、能源控制器;8、控制开关。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示,本实施例基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置包括:
多个微动开关1,分别布置在计量箱6内每个电表5的安装位置处,用于通过微动开关动作感知计量箱6内各预设位置处电表5是否安装;
多个RFID模块2,分别布置在计量箱6内每个电表5上,每个RFID模块2存储有对应电表5的电表信息;
一个多天线通道模块3,用于通过多路天线通道对应绑定连接各RFID模块2,以读取各RFID模块中存储的电表信息;
以及一个主控模块4,分别与微动开关1、多天线通道模块3连接,用于检测各微动开关1的状态,发送控制信号给多天线通道模块3,以及接收电表信息并根据天线通道确定对应电表5的位置信息。
本实施例通过在每个电表下方安装微动开关来感知电表的安装位置,同时在每个电表上布置RFID模块2,由多天线通道模块3基于多天线通道控制各RFID模块2发送电表信息,由于各路天线通道与电表的位置对应,主控模块4接收到传输的电表信息后,基于传输的天线通道即可确定出对应电表5的位置信息,能够结合微动开关与RFID实现计量箱6内自动搜表以及电能表位置精准定位,从而实现电能表主动发现和箱表关系绑定,精准获取计量箱6内箱-表位置关系,不仅实现操作简单,且可以有效提高电表计量效率以及精度。
上述在计量箱6内具体包含多个电表5,电表信息可以为表号、标识等相关信息,箱表关系即为计量箱6内各电表的位置与电表信息对应关系,如在第一位置处布置有1号电表、第二位置处布置有2号电表等。
本实施例中,微动开关1具体为点动开关,点动开关布置在电表的底部,每个点动开关对应与主控模块4的一个接口(如IO接口)连接,即各点动开关与主控模块4的接口一一对应,主控模块4的各接口分别连接不同电表的点动开关,当对应位置的电表5安装后即会触发点动开关闭合,以使得与主控模块4的连接接口处电压发生跳变,主控模块4当检测到存在接口的电压发生跳变即可判断有电表安装,且安装的电表位置即为与接口对应的位置。当存在点动开关闭合后,主控模块4通过点动开关的闭合,控制给点动开关对应位置的电表的RFID标签发送高频信号,以获得电表的电表信息。通过为每个电表布置感知安装位置的点动开关,同时将各点动开关对应连接至主控模块4的不同接口,使得可以快速的主动发现电表的安装,同时精准识别电表的安装位置。
在具体应用实施例中,将与电表数量相同的点动开关分别安装在每个电表5对应安装位置的下方,当某个位置安装了电表后即会触发该位置的点动开关闭合,每个点动开关输出信号端同时和主控模块4对应的IO口相连,通过检测该组I/O的电平,可以识别计量箱6中各个位置是否放置电表,如没有安装电表位置的I/O口电平为0,当检测到某个位置对应的I/O电平由0到1的跳变,并且存在较长时间的高电平,就可以判断该位置已经安装电表。
本实施例中,RFID模块2具体包括RFID电子标签201以及RFID读卡器202,RFID电子标签201内置在每台电表5中,以用于存储本台电表5的电表信息,RFID读卡器202设置在每台电表5的外部,以用于读取本台RFID电子标签201中存储的电表信息。RFID读卡器202具体可独立布置在每台电表的背面,与电表安装位置相对应。
本实施例中,当某个位置电表安装后,主控模块4检测到相应I/O口电平的变化,判定存在电表安装,则控制向多天线通道模块3发送相应的控制信号,当多天线通道模块3接收到控制信号时,控制接通多天线通道模块3中的相应天线通道,控制向对应位置的RFID模块2发送高频信号,以激活RFID电子标签201,RFID读卡器202读取RFID电子标签201中的电表信息,然后通过对应的天线通道传输给主控模块4。上述当多天线通道模块3接收到控制信号时,具体控制接通多天线通道模块3中的相应天线通道,由该天线通道触发给对应的RFID读卡器202供电以及向RFID电子标签201发送高频信号,启动RFID读卡器202读取该位置安装的电表内置的RFID电子标签201。
本实施例中,每一个RFID模块2通过多天线通道模块3中一路天线通道与主控模块4连接,即各RFID模块2与各天线通道之间一一对应。由于每个电表的微动开关1与主控模块4中的接口一一对应,各RFID模块2又分别与各路天线通道一一对应,则当主控模块4判断到某个位置电表安装时,即可精准通过对应的天线通道控制电表安装位置处的RFID读卡器202读取RFID电子标签201,可以有效避免发生串码、误动等扰动。
在具体应用实施例中,多天线通道模块3采用具有多通道输入的RFID识别板,RFID识别板安装在计量箱6内部,RFID识别板中各通道输入一一对应与各电表5后方的RFID读卡器202连接,即RFID读卡器202内部的天线与RFID识别板5具有固定通道对应关系,当RFID识别板5的某通道接通时,可以给对应安装位置处的电能表的RFID读卡器202供电以及向RFID读卡器天线发送高频信号,以激活RFID电子标签201,由RFID读卡器202读取RFID电子标签201的电表信息后,RFID识别板到该电表信息,并且传输给主控模块4。主控模块4可对RFID识别板发送命令,以依次读取RFID读卡器202中天线通道对应的电表信息。
本实施例中,各路天线通道还设置有控制开关8,当存在微动开关1的状态发生变化时,主控模块4控制接通对应天线通道的控制开关8,以控制对应通道的RFID模块2发送存储的电表信息。即由控制开关8控制各路天线通道的接通,控制开关8具体可采用继电器等。当某个位置电表安装后,主控模块4检测到相应I/O口电平的变化后,控制触发相应位置对应的控制开关8动作,以使得给相应的RFID读卡器202供电,读取该位置安装电表内置的RFID电子标签201。
本实施例中,主控模块4具体采用单片机电路模块,每个微动开关1对应与单片机电路模块的一个IO口连接,当单片机电路模块检测到目标IO口的电平发生跳变时,判定目标IO口所对应位置处的电表已安装,发生控制信号给多天线通道模块3。
在具体应用实施例中,主控模块4采用STM32F407等型号的单片机实现,单片机安装在计量箱6内作为数据处理中心,单片机内部预先建立电表位置、IO口与RFID天线通道(电表位置—I/O口—RFID通道)之间的对应关系,当某个位置的电能表安装后触发相应的点动开关连接的对应I/O口电平的变化,单片机检测到电平的变化后,触发与RFID天线通道连接的另外一组I/O中对应某个I/O口发出信号,触发相对应的RFID天线通道连接控制开关8给RFID天线通道供电,相应电表位置处的RFID读卡器202中的天线发出高频信号,读取该位置电能表的RFID电子标签201并且存储在多通道输入的RFID识别板中,RFID识别板通过RS485与单片机通讯,传输读取到的该位置的电表信息;单片机将读取到的电表信息与RFID读卡器位置(表位)建立对应关系,生成箱表关系表,单片机再将生成的箱表关系传输给远端的能源控制器7,以用于远程管理台区各计箱的箱表数据,计量箱6具体通过内置HPLC单元与远端的能源控制器7相连。
本实施例通过在每个电表下方安装微动开关来感知电表的安装位置,当电表安装后会触发微动开关动作,通过具有多天线的RFID识别机制,对电能表内置的RFID电子标签进行读取,以获得电表信息,同时通过将每路天线通道与电表的位置对应,使得可以精准获取到箱-表位置关系,实现箱表关系精准绑定。
本实施例利用上述基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置的控制方法,其特步骤包括:
S01.检测在计量箱6内每个电表5的安装位置处布置的各微动开关1的状态;
S02.当检测到存在微动开关1的状态发生变化时,发送对应的控制信号给多天线通道模块3;
S03.多天线通道模块3控制接通对应的天线通道,以控制向对应位置的RFID模块2发送高频信号;
S04.接收到高频信号的RFID模块2读取出存储的电表信息,通过天线通道传输给主控模块4;
S05.主控模块4接收到电表信息后,根据传输的天线通道的位置确定电表的位置信息。
本实施例步骤S02中当检测到目标接口处的电平发生跳变时,发送控制信号给多天线通道模块3中与目标接口对应连接的目标天线通道;步骤S03中,控制接通目标天线通道,以向与目标接口连接的目标RFID模块2发送高频信号;步骤S04中,当目标RFID模块2接收到高频信号时,激活内置在电表中的RFID电子标签201,RFID读卡器202读取RFID电子标签201中的电表信息。
本实施例中步骤S05后还包括将接收到的电表信息与确定出的电表的位置信息建立对应关系,生成箱表关系表,箱表关系表包括计量箱6内所有电表与电表信息之间的对应关系。
电表的标签在感应高频信号后会产生感应电动势,感应电动势的大小频率大小、感应距离、标签尺寸以及标签位置等多方面影响。为了提高识别的准确性,需要控制信号的接收距离和功率大小,避免出现发送高频波时箱内其他电表也产生感应电动势而引起的误动现象。考虑到接收信号强度与标签—阅读器之间的距离d的四次方呈反比,本实施例步骤S04中RFID模块2发送电表信息时,还包括根据RFID模块2中RFID电子标签201与RFID读卡器202之间的距离,控制RFID读卡器202的天线发送功率P,具体按照下式得到天线发送功率P:
其中,d0为参考距离,P(d0)是RFID电子标签201处于参考距离时RFID读卡器202接收到的信号强度,Xσ是标准偏差为σ的正态随机误差;n为路径损耗指数,即为路径损耗随距离增长的速率。利用对数损耗模型,可以通过已知位置的参考标签获得未知标签的距离。
电表5布置时具有一定的高度,并且电表之间具有一定的间距。本实施例通过控制RFID天线的发射功率,使得每个RFID天线与电表5具有唯一对应关系,根据RFID读卡器202的天线发送功率和RFID电子标签距离的关系,可以保证每一个RFID读卡器202的天线发送功率只能激活本位置电表中内置的RFID电子标签202,读取并传送该位置的电表信息,而不会读取其他位置的电表RFID电子标签,从而避免出现发送高频波时箱内其他电表也产生感应电动势而引起的误动现象。
如图3所示,本发明在具体应用实施例中,主控模块4使用单片机,多天线通道模块3使用多通道输入的RFID识别板,控制开关8采用继电器,实现电表信息智能识别的详细步骤为:
步骤1:首先在计量箱6内每个安装电表的位置下放置一个点动开关,当某个位置的电表安装后,触发该位置的点动开关闭合,点动开关输出信号与单片机一组对应的IO口相连,通过检测I/O的电平,识别点动开关的状态,从而判断计量箱6中各个位置是否放置电表。
步骤2:当单片机检测到某个位置的对应的I/O变化后,控制闭合该位置对应的继电器,以对RFID识别板对应该位置的目标天线通道供电。
步骤3:目标天线通道供电后,激发与目标天线通道相连的RFID读卡器202内的天线发出高频信号。
步骤4:在天线作用范围内电表中的RFID标签201接收到高频信号发生谐振,产生电压给微型芯片供电,使得电能表中的RFID标签201发送电表信息。
步骤5:RFID识别板通过对应天线通道接收电表信息,RFID识别板接收到电能表中的信息之后,进行解析并通过RS-485通讯发送给单片机。
步骤6:单片机收到电表信息后,根据RFID天线位置建立对应关系,生成或更新箱表关系。
步骤7:同单片机将箱表关系通过信息传输线传输给远端的能源控制器7,以由能源控制器7对信息进行处理建立台区各计量箱6的箱表台账数据。
上述只是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置,其特征在于,包括:
多个微动开关(1),分别布置在计量箱(6)内每个电表(5)的安装位置处,用于感知计量箱(6)内各预设位置处电表(5)是否安装;所述微动开关(1)包括点动开关,当对应位置的电表(5)安装后触发所述点动开关闭合,以使得与主控模块(4)的连接接口处电压发生跳变;
多个RFID模块(2),分别布置在计量箱(6)内每个电表(5)上,每个所述RFID模块(2)存储有对应电表(5)的电表信息;所述RFID模块(2)包括RFID电子标签(201)以及RFID读卡器(202);
一个多天线通道模块(3),用于通过多路天线通道对应绑定连接各所述RFID模块(2),以读取各所述RFID模块(2)中存储的电表信息,当所述多天线通道模块(3)接收到控制信号时,控制向对应位置的RFID模块(2)发送高频信号,以激活所述RFID电子标签(201),所述RFID读卡器(202)读取所述RFID电子标签(201)中的电表信息,通过对应的所述天线通道传输给所述主控模块(4);
以及一个主控模块(4),分别与所述微动开关(1)、多天线通道模块(3)连接,用于检测各所述微动开关(1)的状态,发送控制信号给所述多天线通道模块(3),以及接收所述电表信息并根据所述天线通道确定对应电表(5)的位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置,其特征在于,所述RFID电子标签(201)内置在每台电表(5)中,以用于存储所述电表(5)的电表信息,所述RFID读卡器(202)设置在每台电表(5)的外部,以用于读取所述RFID电子标签(201)中存储的电表信息。
3.根据权利要求1~2中任意一项所述的基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置,其特征在于,每一个所述RFID模块(2)通过所述多天线通道模块(3)中一路天线通道与主控模块(4)连接,即各所述RFID模块(2)与各所述天线通道之间一一对应,当存在所述微动开关(1)的状态发生变化时,所述主控模块(4)控制接通对应天线通道的控制开关(8),以控制对应通道的所述RFID模块(2)发送存储的电表信息。
4.根据权利要求1~2中任意一项所述的基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置,其特征在于,所述主控模块(4)为单片机电路模块,每个所述微动开关(1)对应与所述单片机电路模块的一个IO口连接,当所述单片机电路模块检测到目标IO口的电平发生跳变时,判定目标IO口所对应位置处的电表已安装,发生控制信号给所述多天线通道模块(3),以控制对应的所述RFID模块(2)发送存储的电表信息。
5.一种利用权利要求1~4中任意一项所述的基于RFID与微动开关的电表信息智能识别装置的控制方法,其特征在于,步骤包括:
S01.检测在计量箱(6)内每个电表(5)的安装位置处布置的各所述微动开关(1)的状态;
S02.当检测到存在所述微动开关(1)的状态发生变化时,发送对应的控制信号给所述多天线通道模块(3);
S03.所述多天线通道模块(3)控制接通对应的天线通道,以控制向对应位置的所述RFID模块(2)发送高频信号;
S04.接收到高频信号的所述RFID模块(2)读取出存储的电表信息,通过所述天线通道发送给所述主控模块(4);
S05.所述主控模块(4)接收到所述电表信息后,根据传输的所述天线通道的位置确定电表的位置信息。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S02中当检测到目标接口处的电平发生跳变时,发送控制信号给所述多天线通道模块(3)中与目标接口对应连接的目标天线通道;所述步骤S03中,控制接通所述目标天线通道,以向与目标接口连接的目标RFID模块(2)发送高频信号;所述步骤S04中,当目标RFID模块(2)接收到高频信号时,激活内置在电表中的RFID电子标签(201),由RFID读卡器(202)读取所述RFID电子标签(201)中的电表信息。
7.根据权利要求5或6所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S05后还包括将接收到的电表信息与确定出的电表的位置信息建立对应关系,生成箱表关系表,所述箱表关系表包括计量箱(6)内所有电表与电表信息之间的对应关系。
8.根据权利要求5或6所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S04中所述RFID模块(2)发送电表信息时,还包括根据所述RFID模块(2)中RFID电子标签(201)与RFID读卡器(202)之间的距离,控制所述RFID读卡器(202)的天线发送功率P,具体按照下式得到所述天线发送功率P:
其中,d0为参考距离,P(d0)是RFID电子标签(201)处于参考距离时RFID读卡器(202)接收到的信号强度,Xσ是标准偏差为σ的正态随机误差;n为路径损耗指数,即为路径损耗随距离增长的速率。
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