基于zigbee养老院室内外定位系统的实现

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1、基于ZigBee养老院室内外定位系统的实现　　摘要：针对养老机构因场地较大且环境复杂，老人发生紧急情况时工作人员无法及时定位、救助的问题，基于ZigBee技术设计并实现了一套室内外人员定位报警系统。文中描述了该系统的总体框架、硬件设备的概念及相应配套软件的基本功能。实践表明，该系统能够满足养老院对于人员定位可靠性和实时性的需求，具有良好的商用价值。　　关键词：人员定位；ZigBee；养老；报警系统　　中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）12-00-03　　0引言　　我国已逐步进入老龄社会，各地开始对养老福利模式进行积极探索

2、，居家养老服务应运而生。居家养老[1]以家庭为核心、以社区为依托、以专业化服务为依靠，为居住在自家的老年人提供以解决日常生活困难为主要内容的社会化服务。但因社区差异、服务人员缺乏等原因，居家养老难以满足老人的实际要求。新型的居家式养老结合养老院专业的管理和居家养老的诸多优点，不同于原来的格子间、单人房，取而代之的是两室一厅，配备书房、厨房等房间，独门独户，采用单元楼的格局以消除老人对传统概念上养老院不舒适的顾虑，受到大众的广泛关注。然而空间的独立又给管理、看护带来了不便。在此需求的基础上，老人的实时位置、紧急事件的报警及处理等问题亟待解决。8　　目前定位老年人最

3、直接的方法就是利用图像监控设备进行远程监控，但这种方式侵犯了老年人的个人隐私，而且信息采集被动，不便于实际使用。在这种情况下，各种无线定位报警系统正好符合需求而被研究机构大力开发。ZigBee无线通讯借助其组网灵活、超低功耗、低成本等优势被首选为定位实现方案。由于室内外空间环境的差异，这些设计方案多采用双系统结合的方式来满足功能需求，如RFID+ZigBee方案[2]、GPS+ZigBee方案[3]等。双系统必然会带来设计复杂度增大和成本的增长，且终端产品的功耗也会成为难以逾越的障碍。考虑以上方案并结合实际需求，我们设计了基于ZigBee无线通讯的室内外区域定位

4、系统，并将该系统应用于上海金山区一所高端养老院中。　　1定位系统概述　　定位系统前端主要由定位硬件设备和定位软件两大部分组成。　　1.1定位系统硬件设备　　定位系统的硬件设备包括定位标签设备、位置参考节点、中心节点和定位网络设备。系统框架如图1所示，菱形表示定位标签设备，圆点表示网络的位置参考节点，中间的圆点表示网络的中心节点。线条为标准网线，通过（多层）交换机连接到监控后台。　　1.1.1中心节点　　中心节点用来建立区域子网络，并以它为桥梁连接后台服务器，与服务器之间实现有线通讯，一个ZigBee子网络中只允许有一个中心节点。中心节点设备如图2所示，本系统具有

5、如下功能：8　　（1）建立区域无线网络，无线连接位置参考节点和定位标签设备，并实现相互间的数据通讯；　　（2）通过标准网线将标签定位信息传输到后台服务器；　　（3）将局域网内各设备信息上报到后台服务器，以便管理及维护。　　1.1.2位置参考节点　　参考节点是一个固定位置的坐标点，其为标签提供了一个参考位置，且这个节点必须正确设置在定位区域中。其具有如下功能：　　（1）直接通电便可使用，无需接网线；　　（2）自动无线同中心节点、定位标签设备组网，并具有一定的自身维护功能；　　（3）反馈自身到定位标签的距离信息；　　（4）定时上报自身信息给中心节点（中心节点和位置参

6、考节点硬件设计及外观基本一致，主要区别在于是否支持网线通讯），并通过网络传输到后台服务器。　　1.1.3定位标签　　定位标签佩戴在需要定位人员的身上，形如略厚的银行卡，集定位系统、报警按键和一卡通功能于一身，配备可充电电池，定位标签设备如图3所示，定位标签设备实物图如图4所示。该定位标签具有如下功能：　　（1）实时上报位置信息给中心节点，并通过网络传输到后台服务器；　　（2）具有SOS一键报警功能；　　（3）自带锂电池，可反复充电；　　（4）可通过特殊按键方式切换工作、休眠模式；　　（5）超低功耗，充满电后使用周期约为一个月；8　　（6）具有电池低电量自动告警功

7、能；　　（7）通过LED显示指示充电及工作状态；　　（8）预留空间，可选配整合养老院园区一卡通芯片。　　1.2定位系统软件实现　　1.2.1定位基本原理　　基于ZigBee协议栈的三种网络设备为中心节点、位置参考节点和定位标签。　　（1）中心节点是网络的发起者和组织者；　　（2）参考节点负责网络内信息帧的路由并提供定位点的参考坐标；　　（3）终端标签则是需要定位的移动个体。　　该网络设备的定位原理是首先由标签发起无线广播（见图4中箭头1），然后被参考节点接收并根据信号强度转换为距离信息。该距离信息随后附加参考节点的ID信息反馈到标签（见图4中箭头2）。在周期时间

8、内，标签对比接收到的各参