一) 系統(tǒng)背景

養(yǎng)老院主要服務(wù)對象是老年人，老齡問題比較突出。因為年齡的偏大，老年人或多或少在身體上有些不便，自理程度不如年輕人，比較容易出事故。養(yǎng)老院里的基礎(chǔ)建設(shè)日趨先進(jìn)，一般都配套有花園、健身場所、娛樂場所、休閑場所等。這些設(shè)施首先豐富了老人們的生活，為老人的生活添光增彩;同時也給老人們帶來潛在的不便。因為場所涉及的地方大，管理人員不可能顧及到每個位置的每位老人，當(dāng)老人出現(xiàn)問題時，需要服務(wù)人員以最快的速度，找到老人所在位置，進(jìn)行相應(yīng)的幫助。所以必須要采取一種有效的方式來照顧老人，而實(shí)時確定老人在養(yǎng)老院內(nèi)的位置，并對其及時提供服務(wù)， “定位”更顯重要。

上海逖聘囈岷涎老院的實(shí)際情況，研發(fā)出了zigbee養(yǎng)老院定位系統(tǒng)，進(jìn)而對老人給予更高質(zhì)量的呵護(hù)與照顧。

二) zigbee介紹

zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率非常高。最后，這些數(shù)據(jù)就可以進(jìn)入計算機(jī)用于分析或者被另外一種無線技術(shù)如WiMax收集。zigbee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)(Personal Area Network，PAN)工作組的一項標(biāo)準(zhǔn)，被稱做IEEE802.15.4(zigbee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

zigbee不僅只是802.15.4的名字。IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此zigbee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點(diǎn)，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。zigbee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)獲得。

zigbee可使用的頻段有3個，分別是2.4 GHz的ISM頻段、歐洲的868 MHz 頻段以及美國的915 MHz 頻段，不同頻段可使用的信道分別是16、1、10個。中國采用2.4 GHz頻段，它是免申請和免使用費(fèi)的頻段;采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，傳輸距離介于10~75 m(增加RF發(fā)射功率，可達(dá)500 m);傳輸速率為20~250 kb/s，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的傳輸。zigbee技術(shù)具有強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)。

1) RSSI定位技術(shù)

RSSI[2](Received Signal Strength Indicator，接收信號強(qiáng)度指示)是指基站接收到的無線信號強(qiáng)度大小。在基于接收信號強(qiáng)度指示RSSI 的定位中,已知發(fā)射基站的發(fā)射信號強(qiáng)度,接收基站根據(jù)接收到信號的強(qiáng)度計算出信號的傳播損耗,利用理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離,再利用已有的算法計算出節(jié)點(diǎn)的位置。該技術(shù)硬件要求較低、算法相對簡單,在實(shí)驗室環(huán)境中表現(xiàn)出良好特性;但由于環(huán)境因素變化的原因,在實(shí)際應(yīng)用中往往還需要改進(jìn)。接收信號強(qiáng)度是發(fā)射功率和發(fā)射器與接收器間距離的函數(shù)。

RSSI=-(10n•lgd+A)(1)

其中，n代表信號傳播常量，也叫傳播指數(shù);d代表距發(fā)射器間的距離;A代表距離1 m時的接收信號強(qiáng)度。

信號的衰減與距離成對數(shù)衰減的關(guān)系。基站到定位標(biāo)簽的距離越近, 由RSSI值的偏差產(chǎn)生的絕對距離誤差越小;而當(dāng)距離大于某一值時,由RSSI波動造成的絕對距離誤差將會很大。一個未知基站可能收到n個定位標(biāo)簽的信號, 所以應(yīng)當(dāng)采用RSSI值大幾個基站進(jìn)行定位計算，這樣可以避免定位誤差擴(kuò)大。

2) zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位的優(yōu)勢

1. 功耗低

由于zigbee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1 mW,而且采用了休眠模式，因此zigbee設(shè)備非常省電。zigbee設(shè)備僅靠2節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間，其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他無線設(shè)備。

2. 成本低

與 GPS相比，定位引擎在單芯片 zigbee RF收發(fā)器中與 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協(xié)議是免專利費(fèi)的。

3. 時延短

通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備時延為30 ms，休眠激活的時延是15 ms，活動設(shè)備信道接入的時延為15 ms。因此zigbee技術(shù)適用于對實(shí)時定位要求較高的應(yīng)用。

4. 網(wǎng)絡(luò)容量大

一個星型結(jié)構(gòu)的zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備，組網(wǎng)方式靈活。隨著zigbee技術(shù)的成熟，未來zigbee設(shè)備不斷增多，可以利用具有zigbee RF的設(shè)備或基礎(chǔ)設(shè)施,容易組建zigbee網(wǎng)絡(luò)，降低了zigbee節(jié)點(diǎn)設(shè)計和組網(wǎng)成本,且利用更多的zigbee設(shè)備可以達(dá)到更高的定位精度。

三) 方案介紹

每個老人都配帶著一個腕帶，該腕帶內(nèi)置zigbee的射頻卡，該卡是基于zigbee的無線技術(shù)，利用國際通用的2.4~2.5GHz的頻段，腕帶可以主動的向外界發(fā)送信息，能傳輸0~1500米的距離。腕帶的信息被基站接收到后，基站就可以解讀卡內(nèi)的信息，進(jìn)而了解到是哪個老人的腕帶號?處于什么位置?基站再把讀到的信息發(fā)給電腦。當(dāng)老人移動到其他地點(diǎn)時，電腦能實(shí)時監(jiān)控到具體的位置。當(dāng)老人在社區(qū)任何地方遇到困難，按下隨身腕帶上的按鈕，監(jiān)控中心管理人員的電腦屏幕上將立即顯示該老人所處的位置，以及老人個人的健康狀況、曾患過的疾病等相關(guān)信息，為醫(yī)護(hù)人員的快速響應(yīng)、緊急求助提供指引。

四) 產(chǎn)品介紹

1. 腕帶技術(shù)

本系統(tǒng)中的產(chǎn)品，均采用2.4GHz的zigbee無線技術(shù)，該技術(shù)因以主動方式向外發(fā)送數(shù)據(jù)、傳輸距離遠(yuǎn)、輻射非常小、定位精度比較高，非常適合在養(yǎng)老院中使用。腕帶還可以預(yù)制芯片，用于門禁開鎖，消費(fèi)一卡通用途。

2. 基站

基站接受腕帶的信息，通過解調(diào)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過網(wǎng)關(guān)連接電腦。腕帶必須與基站配合使用。

基站可任意安裝，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)線連接，只要提供電源就可以了，所以不需要進(jìn)行施工，安裝及其簡單。

3. 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是讀取基站信號的終端設(shè)備，它通過USB接口與計算機(jī)連接，將基站的數(shù)據(jù)通過USB與計算機(jī)連接，讀取相關(guān)數(shù)據(jù)。

五) 系統(tǒng)模塊介紹

管理員模塊(權(quán)限系統(tǒng))

1、管理員模塊，管理可以通過登錄后臺，進(jìn)行軟件管理

2、管理后臺有多個管理目錄，可以通過權(quán)限分配管理組，讓多個管理員擁有不同的管理權(quán)限。

3、可開設(shè)不同用戶帳號和密碼，分權(quán)限組管理網(wǎng)站不同模塊;

4、具備權(quán)限的分帳戶可登錄管理權(quán)限范圍內(nèi)的模塊，但對于其他模塊則不可見;

5、提供通知系統(tǒng)，系統(tǒng)最高管理員可以發(fā)布全站的通知;

6、提供管理員操作日志

會員管理模塊

1、提供會員系統(tǒng)，可對會員進(jìn)行增刪改查，密碼重置

2、會員有獨(dú)立的資料系統(tǒng)，并可以對資料進(jìn)行模糊查找，精確查找，每位會員有獨(dú)立的多個字段，充值額度，信用額度，以及門鎖開放時間的調(diào)整。

3、會員模塊結(jié)合卡模塊，及門鎖模塊，相互之間可以查詢關(guān)聯(lián)

4、與短信系統(tǒng)耦合，可以對某會員，或批量會員進(jìn)行短信發(fā)送

5、提供會員操作日志