基于ZigBee系統(tǒng)的智能老人定位看護系統(tǒng)

邵偉棟++唐曉平+方雁峰

摘 要 近年來，中國的老齡群體居社會之首。老齡化速度快，老年人口數(shù)量急劇增多，傳統(tǒng)老人看護系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的要求，老人看護系統(tǒng)智能化必然是人們今后的唯一選擇。本文主要研究的是基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護系統(tǒng)，通過與傳統(tǒng)老人定位看護系統(tǒng)對比，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)老人定位看護系統(tǒng)存在許多嚴重的問題，如傳統(tǒng)老人定位看護系統(tǒng)許多只有單一的定位功能，不能監(jiān)測老人的身體狀況，并且很多都是通過GPS定位的，當(dāng)老人在室內(nèi)的時候可能會因為沒有GPS信號而定位失敗。由于老人定位看護系統(tǒng)的不智能，老人身體不適時不能被及時發(fā)現(xiàn)。針對以上原因，本文提出了基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】ZigBee系統(tǒng) 智能老人 定位看護 系統(tǒng)研究

1 ZigBee智能看護系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況介紹

本文通過對老人定位看護系統(tǒng)進行分析和研究，針對老人定位看護系統(tǒng)的特點提出了一種基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護系統(tǒng)。它通過ZigBee協(xié)調(diào)器組建無線網(wǎng)絡(luò)，脈搏，溫度傳感器節(jié)點申請加入網(wǎng)絡(luò)。在傳感器節(jié)點成功加入網(wǎng)絡(luò)后，傳感器節(jié)點將會定時采集脈搏，溫度傳感器的數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信技術(shù)傳輸給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器接收到傳感器節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)后，對接收到的數(shù)據(jù)進行處理判斷。同時設(shè)計一個上位機可以檢測采集到的傳感器數(shù)據(jù)信息，同時設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫，將采集到的信息存入數(shù)據(jù)庫。

2 基于ZigBee系統(tǒng)的智能老人定位看護系統(tǒng)分析

2.1 ZigBee技術(shù)概括

ZigBee技術(shù)具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義其物理層和媒體接入控制層協(xié)議，ZigBee 技術(shù)聯(lián)盟制定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用戶根據(jù)自己的應(yīng)用需求對應(yīng)用層進行開發(fā)利用，因此該技術(shù)能夠為用戶提供機動、靈活的組網(wǎng)方式。ZigBee技術(shù)采用免沖突多裁波信道接入方式，避免了信息傳遞過程中的沖突，建立了完整的應(yīng)答通信協(xié)議，有效保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 ZigBee無線通信模塊的選型

本系統(tǒng)我們采用ZigBee CC2530開發(fā)板，CC2530是德州儀器（TI）推出的一款符合IEEE 802.15.4協(xié)議規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，其擁有多達256個字節(jié)的閃存數(shù)據(jù)寄存器，功能強大、性能穩(wěn)定且功耗極低是ZigBee技術(shù)最專業(yè)理想應(yīng)用。

CC2530它分為核心板和擴展板兩部分。其中核心板主要是CC2530芯片、2個外部時鐘32MHz與32.768KHz。擴展板主要有程序下載接口、FT232串口芯片、USB轉(zhuǎn)串口、IO口、按鍵以及LED燈等外設(shè)。

2.3 傳感器整列檢測和對比分析

技術(shù)人員應(yīng)該定期對傳感器運行狀態(tài)進行整列檢測和對比分析，依據(jù)采集節(jié)點數(shù)據(jù)進行周期性的對比，及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)中的異常情況。

在ZigBee系統(tǒng)中，啟動系統(tǒng)根據(jù)協(xié)調(diào)器初始化系統(tǒng)顯示網(wǎng)絡(luò)ID和頻道號。進入無線搜索狀態(tài)時，分配網(wǎng)絡(luò)信號有節(jié)點連接時，可以進行遠程幫助申請，如果無信號，系統(tǒng)只需要通過RS232向PC段發(fā)送遠程數(shù)據(jù)就能夠滿足操作要求。在啟動系統(tǒng)中，路由器初始化過程中監(jiān)控人員通過接受入網(wǎng)請求，檢查被監(jiān)控對象是否加入網(wǎng)絡(luò)成功。在分配網(wǎng)絡(luò)地址的過程中，接收數(shù)據(jù)并且向協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)采集的信號。根據(jù)終端節(jié)點的請求信號，技術(shù)系統(tǒng)可以自行發(fā)送數(shù)據(jù)執(zhí)行指令任務(wù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括四部分：ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點、傳感器節(jié)點、BH1750光敏傳感器的驅(qū)動以及上位機設(shè)計。

本系統(tǒng)ZigBee協(xié)議棧設(shè)計基于Z-Stack-2.3.3-1.4.0協(xié)議棧，在IAR軟件平臺上完成開發(fā)，通過ZigBee仿真器可以完成程序的下載和在線調(diào)試，降低了系統(tǒng)開發(fā)難度。

3.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺介紹

本系統(tǒng)的軟件開發(fā)都是在IAR軟件開發(fā)平臺上完成的。

IAR Embedded Workbench（簡稱IAR）的交叉編譯器和調(diào)試器是比較全面的和比較容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)軟件。IAR的用戶操作界面非常簡單直觀。目前IAR已經(jīng)支持大多數(shù)8/16/32位ARM的微處理器結(jié)構(gòu)。

3.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計

在ZigBee系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)器的主要作用就是組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器發(fā)出請求命令建立一個新的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層管理實體將會優(yōu)先選擇沒有網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)最少的信道。如果掃描到一個合適的信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實體將會為分配一個PAN ID，這個PAN ID是設(shè)備隨機產(chǎn)生的，也可以通過自己指定。但這個PAN ID在所選信道內(nèi)是唯一的，否則進程將會被終止。在確定好PAN ID后，一個新的網(wǎng)絡(luò)就建立起來了。在建立好網(wǎng)絡(luò)后，將會允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。

3.3 傳感器節(jié)點軟件設(shè)計

終端上電后，終端設(shè)備就會自動搜索附近范圍內(nèi)是否存在匹配的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，如果搜索到匹配的網(wǎng)絡(luò)，終端就會自動請求加入網(wǎng)絡(luò)。在傳感器成功加入網(wǎng)絡(luò)后，傳感器節(jié)點就會定時讀取光敏傳感器的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。

3.4 脈搏，溫度傳感器軟件驅(qū)動

傳感器采集到的數(shù)據(jù)，是通過IIC總線將數(shù)據(jù)傳遞給終端設(shè)備。我們將通過CC2530的普通I/O模擬IIC時序，實現(xiàn)與傳感器的通信。

IIC總線是一種雙線、雙向、串行總線。微控制器可與外圍設(shè)備之間可以通過它進行信息的傳遞。它是由兩個線組成：一根是串行時鐘線（SCL），另一根是串行數(shù)據(jù)線（SDA），可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。信息傳輸?shù)膶ο蠛头较蛞约靶畔鬏數(shù)拈_始和結(jié)束均由微控制器決定。

4 結(jié)束語

基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護系統(tǒng)是一種安全可靠的看護在院老人并將系統(tǒng)中每個人的信息和現(xiàn)實中的每個人一一對應(yīng)的智能化福利院管理系統(tǒng)，從真正意義上實現(xiàn)監(jiān)護管理信息化，步入“信息化福利院管理系統(tǒng)”的途徑。福利院看護系統(tǒng)是采用目前最先進的Zigbee 無線識別技術(shù)，針對福利院看護的需求，專門設(shè)計開發(fā)的一套軟硬件結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)，是一種安全可靠的對于福利院中的信息化智能化以及對于老人的位置信息和狀態(tài)信息進行實時的智能管理系統(tǒng)，從真正意義上實現(xiàn)大型福利院信息管理系統(tǒng)集中統(tǒng)一信息化管理，能夠提高大型福利院系統(tǒng)的科學(xué)管理水平。

參考文獻

[1]趙一權(quán)，于忠清.基于云架構(gòu)老人看護系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].科技視界，2015（19）：138-140.

作者單位

紹興文理學(xué)院元培學(xué)院 浙江省紹興市 312000