zigbee养老院定位系统

一) 系统背景

养老院主要服务对象是老年人，老龄问题比较突出。因为年龄的偏大，老年人或多或少在身体上有些不便，自理程度不如年轻人，比较容易出事故。养老院里的基础建设日趋先进，一般都配套有花园、健身场所、娱乐场所、休闲场所等。这些设施首先丰富了老人们的生活，为老人的生活添光增彩;同时也给老人们带来潜在的不便。因为场所涉及的地方大，管理人员不可能顾及到每个位置的每位老人，当老人出现问题时，需要服务人员以最快的速度，找到老人所在位置，进行相应的帮助。所以必须要采取一种有效的方式来照顾老人，而实时确定老人在养老院内的位置，并对其及时提供服务， “定位”更显重要。

上海逖聘呓岷涎老院的实际情况，研发出了zigbee养老院定位系统，进而对老人给予更高质量的呵护与照顾。

二) zigbee介绍

zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。zigbee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称做IEEE802.15.4(zigbee)技术标准。

zigbee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。

zigbee可使用的频段有3个，分别是2.4 GHz的ISM频段、欧洲的868 MHz 频段以及美国的915 MHz 频段，不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。中国采用2.4 GHz频段，它是免申请和免使用费的频段;采用直接序列扩频技术DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，传输距离介于10~75 m(增加RF发射功率，可达500 m);传输速率为20~250 kb/s，适合传感器数据采集和控制数据的传输。zigbee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网。

1) RSSI定位技术

RSSI[2](Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)是指基站接收到的无线信号强度大小。在基于接收信号强度指示RSSI 的定位中,已知发射基站的发射信号强度,接收基站根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,再利用已有的算法计算出节点的位置。该技术硬件要求较低、算法相对简单,在实验室环境中表现出良好特性;但由于环境因素变化的原因,在实际应用中往往还需要改进。接收信号强度是发射功率和发射器与接收器间距离的函数。

RSSI=-(10n•lgd+A)(1)

其中，n代表信号传播常量，也叫传播指数;d代表距发射器间的距离;A代表距离1 m时的接收信号强度。

信号的衰减与距离成对数衰减的关系。基站到定位标签的距离越近, 由RSSI值的偏差产生的绝对距离误差越小;而当距离大于某一值时,由RSSI波动造成的绝对距离误差将会很大。一个未知基站可能收到n个定位标签的信号, 所以应当采用RSSI值大几个基站进行定位计算，这样可以避免定位误差扩大。

2) zigbee技术实现定位的优势

1. 功耗低

由于zigbee的传输速率低，发射功率仅为1 mW,而且采用了休眠模式，因此zigbee设备非常省电。zigbee设备仅靠2节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，其功耗远远低于其他无线设备。

2. 成本低

与 GPS相比，定位引擎在单芯片 zigbee RF收发器中与 MCU集成在一起，成本不及 GPS硬件的1/10，功耗也只是 GPS硬件的一小部分，并且zigbee协议是免专利费的。

3. 时延短

通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30 ms，休眠激活的时延是15 ms，活动设备信道接入的时延为15 ms。因此zigbee技术适用于对实时定位要求较高的应用。

4. 网络容量大

一个星型结构的zigbee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，组网方式灵活。随着zigbee技术的成熟，未来zigbee设备不断增多，可以利用具有zigbee RF的设备或基础设施,容易组建zigbee网络，降低了zigbee节点设计和组网成本,且利用更多的zigbee设备可以达到更高的定位精度。

三) 方案介绍

每个老人都配带着一个腕带，该腕带内置zigbee的射频卡，该卡是基于zigbee的无线技术，利用国际通用的2.4~2.5GHz的频段，腕带可以主动的向外界发送信息，能传输0~1500米的距离。腕带的信息被基站接收到后，基站就可以解读卡内的信息，进而了解到是哪个老人的腕带号?处于什么位置?基站再把读到的信息发给电脑。当老人移动到其他地点时，电脑能实时监控到具体的位置。当老人在社区任何地方遇到困难，按下随身腕带上的按钮，监控中心管理人员的电脑屏幕上将立即显示该老人所处的位置，以及老人个人的健康状况、曾患过的疾病等相关信息，为医护人员的快速响应、紧急求助提供指引。

四) 产品介绍

1. 腕带技术

本系统中的产品，均采用2.4GHz的zigbee无线技术，该技术因以主动方式向外发送数据、传输距离远、辐射非常小、定位精度比较高，非常适合在养老院中使用。腕带还可以预制芯片，用于门禁开锁，消费一卡通用途。

2. 基站

基站接受腕带的信息，通过解调，将数据转换成数字信号，通过网关连接电脑。腕带必须与基站配合使用。

基站可任意安装，不需要进行数据线连接，只要提供电源就可以了，所以不需要进行施工，安装及其简单。

3. 网关

网关是读取基站信号的终端设备，它通过USB接口与计算机连接，将基站的数据通过USB与计算机连接，读取相关数据。

五) 系统模块介绍

管理员模块(权限系统)

1、管理员模块，管理可以通过登录后台，进行软件管理

2、管理后台有多个管理目录，可以通过权限分配管理组，让多个管理员拥有不同的管理权限。

3、可开设不同用户帐号和密码，分权限组管理网站不同模块;

4、具备权限的分帐户可登录管理权限范围内的模块，但对于其他模块则不可见;

5、提供通知系统，系统最高管理员可以发布全站的通知;

6、提供管理员操作日志

会员管理模块

1、提供会员系统，可对会员进行增删改查，密码重置

2、会员有独立的资料系统，并可以对资料进行模糊查找，精确查找，每位会员有独立的多个字段，充值额度，信用额度，以及门锁开放时间的调整。

3、会员模块结合卡模块，及门锁模块，相互之间可以查询关联

4、与短信系统耦合，可以对某会员，或批量会员进行短信发送

5、提供会员操作日志