發布日期：2022-05-25 點擊率：40
一) 系統背景
養老院主要服務對象是老年人，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。養老院里的基礎建設日趨先進，一般都配套有花園、健身場所、娛樂場所、休閑場所等。這些設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，當老人出現問題時，需要服務人員以最快的速度，找到老人所在位置，進行相應的幫助。所以必須要采取一種有效的方式來照顧老人，而實時確定老人在養老院內的位置，并對其及時提供服務， “定位”更顯重要。
上海逖偲高結合養老院的實際情況，研發出了zigbee養老院定位系統，進而對老人給予更高質量的呵護與照顧。
二) Zigbee介紹
Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。它此前被稱作“HomeRF Lite”或“FireFly”無線技術，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。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據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，這些數據就可以進入計算機用于分析或者被另外一種無線技術如WiMax收集。Zigbee的基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區域網(Personal Area Network，PAN)工作組的一項標準，被稱做IEEE802.15.4(Zigbee)技術標準。
Zigbee不僅只是802.15.4的名字。IEEE僅處理低級MAC層和物理層協議，因此Zigbee聯盟對其網絡層協議和API進行了標準化。完全協議用于一次可直接連接到一個設備的基本節點的4K字節或者作為Hub或路由器的協調器的32K字節。每個協調器可連接多達255個節點，而幾個協調器則可形成一個網絡，對路由傳輸的數目則沒有限制。Zigbee聯盟還開發了安全層，以保證這種便攜設備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網絡的遠距離傳輸不會被其它節點獲得。
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的頻段;采用直接序列擴頻技術DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，傳輸距離介于10~75 m(增加RF發射功率，可達500 m);傳輸速率為20~250 kb/s，適合傳感器數據采集和控制數據的傳輸。ZigBee技術具有強大的組網能力，可以形成星型、樹型和MESH網狀網。
1) RSSI定位技術
RSSI[2](Received Signal Strength Indicator，接收信號強度指示)是指基站接收到的無線信號強度大小。在基于接收信號強度指示RSSI 的定位中,已知發射基站的發射信號強度,接收基站根據接收到信號的強度計算出信號的傳播損耗,利用理論和經驗模型將傳輸損耗轉化為距離,再利用已有的算法計算出節點的位置。該技術硬件要求較低、算法相對簡單,在實驗室環境中表現出良好特性;但由于環境因素變化的原因,在實際應用中往往還需要改進。接收信號強度是發射功率和發射器與接收器間距離的函數。
RSSI=-(10n?lgd+A)(1)
其中，n代表信號傳播常量，也叫傳播指數;d代表距發射器間的距離;A代表距離1 m時的接收信號強度。
信號的衰減與距離成對數衰減的關系。基站到定位標簽的距離越近, 由RSSI值的偏差產生的絕對距離誤差越小;而當距離大于某一值時,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個定位標簽的信號, 所以應當采用RSSI值大幾個基站進行定位計算，這樣可以避免定位誤差擴大。
2) ZigBee技術實現定位的優勢
1. 功耗低
由于ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1 mW,而且采用了休眠模式，因此ZigBee設備非常省電。ZigBee設備僅靠2節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，其功耗遠遠低于其他無線設備。
2. 成本低
與 GPS相比，定位引擎在單芯片 ZigBee RF收發器中與 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協議是免專利費的。
3. 時延短
通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延為30 ms，休眠激活的時延是15 ms，活動設備信道接入的時延為15 ms。因此ZigBee技術適用于對實時定位要求較高的應用。
4. 網絡容量大
一個星型結構的ZigBee網絡最多可以容納254個從設備和1個主設備，組網方式靈活。隨著ZigBee技術的成熟，未來ZigBee設備不斷增多，可以利用具有ZigBee RF的設備或基礎設施,容易組建ZigBee網絡，降低了ZigBee節點設計和組網成本,且利用更多的ZigBee設備可以達到更高的定位精度。
三) 方案介紹
每個老人都配帶著一個腕帶，該腕帶內置zigbee的射頻卡，該卡是基于zigbee的無線技術，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的信息，進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給電腦。當老人移動到其他地點時，電腦能實時監控到具體的位置。當老人在社區任何地方遇到困難，按下隨身腕帶上的按鈕，監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信息，為醫護人員的快速響應、緊急求助提供指引。
四) 產品介紹
1. 腕帶技術
本系統中的產品，均采用2.4GHz的zigbee無線技術，該技術因以主動方式向外發送數據、傳輸距離遠、輻射非常小、定位精度比較高，非常適合在養老院中使用。
1) 腕帶的組成
外殼：由特殊醫用材質制造，不會刺激皮膚或感到不舒適感。有表帶和表頭部分組成，表帶可自由調整帶到手腕的松緊度，表頭內置核心的芯片裝置。
芯片裝置：有zigbee、單片控制、SOS報警模塊、電池模塊。zigbee無線模塊負責對外、對內的數據收發；單片負責數據分析處理和控制；SOS模塊即按鍵輸入報警、求救；電池給電路供電。：
2) 腕帶的功能
腕帶向外傳輸的距離最遠可達1500米，且可以通過軟件調整距離，以滿足現場的使用距離和定位精度。
腕帶側面設置SOS按鍵，當老人需要幫助時，即可按下SOS，向服務人員求助。
每個腕帶內存儲ID號，可以作為老人的電子身份，此ID號是由幾十位的字母和數字組成，絕不會重復。
每個腕帶內還可以存儲老人的個人信息，如：老人管理：老人資料、外出登記、老人情況一覽表、入住登記、老人健康檔案、期間健康檔案查詢、入住信息
以上信息，可以在給老人佩戴腕帶之前，存儲到腕帶內，腕帶內的數據可以與電腦中的數據同步。
2. 基站
基站接受腕帶的信息，通過解調，將數據轉換成數字信號，通過網關連接電腦。腕帶必須與基站配合使用。
基站可任意安裝，不需要進行數據線連接，只要提供電源就可以了，所以不需要進行施工，安裝及其簡單。
3. 網關
網關是讀取基站信號的終端設備，它通過USB接口與計算機連接，將基站的數據通過USB與計算機連接，讀取相關數據。
五) 系統模塊介紹
1. 系統概述
給養老院中的每位老人佩戴一個腕帶，佩戴時需調整好腕帶的松緊度，避免給老人帶來不適感（亦可選擇自由摘戴）。每一個老人腕帶中存儲ID號和老人信息，ID號是老人的電子身份號，老人信息包括：姓名、年齡、性別、房間號、家庭信息（家人，親情號、家庭住址等等）、病史檔案。
在房間內、樓道、樓梯、衛生間、活動院所等安裝一定數量的基站，基站被安裝到某個位置時，該基站的地址號即與該位置綁定到一起，比如1號基站被安裝到302房間，那么當1號基站傳送信息給電腦時，電腦即知道是302房間的老人傳送的信息。
當老人處于某基站的識別范圍內時，基站將該老人的腕帶號傳送給電腦，電腦立即能判斷出：
電腦根據設置，會在屏幕上彈出信息框，提示管理人員快速的處理。
2. 系統功能模塊
1) 老人位置自動匯報
腕帶可被設置成，間歇的向基站發送信息，向系統報告其位置，系統可對所有的老人進行監控管理，當某位老人的信息沒有上傳給電腦時，電腦則會彈出報警對話框，提示管理人員查看。系統會自動的描繪出老人某段時間段內的行動軌跡圖。
2) 系統對老人位置查詢
當管理人員要對某位老人的位置進行查看時，可在系統中輸入老人的姓名或電子ID號，如要查找123號，系統則會給所有的基站指令，要求其檢索123號的信息；則所有的基站向外發送信息，當檢索到相應的ID號時，由讀到123號的基站（如11號），向電腦回復指令，電腦即能判斷出123號在***地方（11號基站安裝的地方）
3) 老人SOS呼叫
老人在社區任何地方遇到困難，按下腕帶上的緊急救助按鈕時，即向基站發送一條緊急信息，基站時時上傳給電腦，電腦即會在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信息，為醫護人員的快速響應、緊急求助提供指引。同時也可監控工作人員的實時位置，進行規范化管理和合理調度。
4) 危險區域自動報警
因考慮到老人的自理能力不足，活動院所或樓內某些區域記為危險區域。在這些區域邊緣地區安裝基站，當有老人接近時，就會被基站讀到，基站上報給電腦，電腦即會提示管理人員處理，同時會控制危險區域的聲光報警，以提示老人注意安全。
5) 視頻聯動功能
視頻監控可以幫助管理人員了解到現場的實際畫面，當有SOS報警時，系統控制相應區域的攝像頭，切換到指定定點，監控現場畫面。
6) 被單獨設置規則
此功能對某些特殊的老人設定，某些需要特殊照顧老人，需要給其限定一定的活動范圍或行為。
7) 時間設置規則
養老院需要照管的老人往往較多，院方會有具體的管理規定，如進餐時間，休息時間等。比如到了休息時間，系統會指令每個房間內的基站，讀取腕帶信息，判斷是否每個老人都在自己的房間內休息，如果人數不夠，或其他房間的人在本房間，系統則會判斷到，進而提示管理人員去勸老人回房。
基于zigbee的養老院管理系統作為一個有實際意義的，zigbee養老院管理系統應用方案是老齡化問題的重要應對策略。是未來世界發展的必然趨勢。
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