zigbee養(yǎng)老院定位系統(tǒng)

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?yàn)槟挲g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(shí)也給老人們帶來潛在的不便。因?yàn)閳鏊婕暗牡胤酱?，管理人員不可能顧及到每個(gè)位置的每位老人，當(dāng)老人出現(xiàn)問題時(shí)，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(shí)確定老人在養(yǎng)老院內(nèi)的位置，并對其及時(shí)提供服務(wù)， “定位”更顯重要。

上海逖偲高結(jié)合養(yǎng)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(gè)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(gè)傳感器傳到另一個(gè)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(jì)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(gè)人區(qū)域網(wǎng)(Personal Area Network，PAN)工作組的一項(xiàng)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(gè)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(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)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(gè)，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(gè)。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(jì)算出信號的傳播損耗,利用理論和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為距離,再利用已有的算法計(jì)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(yàn)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(shí)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(shí),由RSSI波動(dòng)造成的絕對距離誤差將會很大。一個(gè)未知基站可能收到n個(gè)定位標(biāo)簽的信號, 所以應(yīng)當(dāng)采用RSSI值大幾個(gè)基站進(jìn)行定位計(jì)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(gè)月到2年左右的使用時(shí)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(shí)延短

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

4. 網(wǎng)絡(luò)容量大

一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)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(jì)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(gè)老人都配帶著一個(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)到其他地點(diǎn)時(shí)，電腦能實(shí)時(shí)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(gè)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(dòng)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(jì)算機(jī)連接，將基站的數(shù)據(jù)通過USB與計(jì)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(gè)管理目錄，可以通過權(quán)限分配管理組，讓多個(gè)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(gè)字段，充值額度，信用額度，以及門鎖開放時(shí)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[!--empirenews.page--]

會員卡管理

1、會員卡功能，可以自動(dòng)生成卡號，批量生成卡號，自定義生成卡號

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

3、單個(gè)卡可以增加附屬卡，及臨時(shí)卡，附屬卡可以綁定獨(dú)立的會員，附屬卡可以根據(jù)父卡分配使用額度和信用額度。

4、卡分不同的類型，不同的類型，名稱，折扣，內(nèi)容都不同

5、卡有額度卡和次數(shù)卡2個(gè)大類型

6、提供卡的增刪改查功能

消費(fèi)管理模塊

1. 消費(fèi)收銀：可以添加產(chǎn)品組合消費(fèi)模式，軟件會自動(dòng)根據(jù)購買項(xiàng)目的明細(xì)計(jì)算積分，或推薦人等相關(guān)會員的積分計(jì)算。

2. 會員刷卡后，選擇消費(fèi)項(xiàng)目或產(chǎn)品，也可以通過'輸入編碼'方式，對產(chǎn)品進(jìn)行掃描輸入。結(jié)賬時(shí)，支持"現(xiàn)金、儲值、積分抵現(xiàn)"等支付方式。結(jié)賬后，短信自動(dòng)通知會員本次消費(fèi)及獲得積分情況。

3. 支持散客和非會員消費(fèi)。

4. 客戶的消費(fèi)歷史、操作人員、金額和獲得的積分都可以進(jìn)行記錄查詢。

商品管理模塊

1、后臺設(shè)置多個(gè)商品分類，不同的商品分類資料不同，描述和簡介都不同

2、不同的商品分類提供不同的商品，商品提供不同的價(jià)格和折扣

3、不同時(shí)間商品提供的預(yù)訂額不同，后臺可以設(shè)置預(yù)訂額及價(jià)格

4、可以進(jìn)行臨時(shí)的商品調(diào)整

5、所有對于商品的增刪改查都會有記錄在此模塊

門禁管理系統(tǒng)

1、權(quán)限管理：可以設(shè)置某個(gè)人能過哪幾個(gè)門，或者某個(gè)人能過所有的門。也可設(shè)置某些人能過哪些門。設(shè)置結(jié)果可以按門或者按人來排列，用戶可以很清晰地看到 某個(gè)門哪些人能過，或者某個(gè)人可以通過哪些門。一目了然，并可以打印或者輸出到Excel報(bào)表中。

2、時(shí)間段管理：可以設(shè)置某個(gè)人對某個(gè)門，星期幾可以進(jìn)門，每天幾點(diǎn)到幾點(diǎn)可以進(jìn)門。每個(gè)控制器可以設(shè)置各自的時(shí)間段?？梢栽O(shè)置某些時(shí)間段不需刷卡而自動(dòng)開門，適合有這種需求的場合使用。

3、脫機(jī)運(yùn)行：通過軟件設(shè)置上傳后，控制器會記住所有權(quán)限和記錄所有信息，即使電腦軟件和電腦關(guān)閉，系統(tǒng)依然可以正常脫機(jī)正常運(yùn)行，即使停電信息也永不丟失。

長期關(guān)門、長期開門：如果某些門需要長時(shí)間打開的話，可以通過軟件控門使其為常開，某些門需要長時(shí)間關(guān)閉不希望任何人進(jìn)入的話，可以使其為常閉?；蛘吣承┨囟〞r(shí)候。

4、軟件開門功能：管理員可以在接到指示后，點(diǎn)擊軟件控門的“開門”按鈕遠(yuǎn)程開門。

門內(nèi)人數(shù)快速查詢：可以查詢某個(gè)門內(nèi)，或者某個(gè)區(qū)域內(nèi)(有幾個(gè)門)有多少人數(shù)，并顯示這個(gè)區(qū)域的人員清單。

5、實(shí)時(shí)提取數(shù)卡數(shù)據(jù)：用戶可以邊實(shí)時(shí)監(jiān)控，邊自動(dòng)提取控制器內(nèi)的記錄，刷一條就上傳一條到電腦數(shù)據(jù)庫里。

短信互動(dòng)

1、可以設(shè)置模板短信，自動(dòng)發(fā)送至?xí)T

2、可以主動(dòng)發(fā)布短信，可以群發(fā)或者單獨(dú)發(fā)送

3、會員消費(fèi)或進(jìn)行關(guān)鍵操作將會自動(dòng)進(jìn)行發(fā)送短信

4、短信模塊主要結(jié)合其他模塊進(jìn)行自動(dòng)操作

5、按照需求發(fā)送隨機(jī)驗(yàn)證碼，來和系統(tǒng)連成互動(dòng)

生日提醒

功能概要：針對客戶的特殊紀(jì)念日等進(jìn)行提醒備忘

1. 用戶可以自行進(jìn)行對需要提醒天數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)可以編輯短信進(jìn)行發(fā)送祝福，單發(fā)群發(fā)短信都可以支持。

2. 下方為提醒的信息顯示列表：卡號、姓名、性別、出生日期、電話、手機(jī)。

網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)

1.會員可以通過網(wǎng)絡(luò)登錄到公司的門戶網(wǎng)站(或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址)上來預(yù)訂一些服務(wù)，(如，棋牌室，影院，學(xué)習(xí)班，還有入住房間，)

2.登錄帳號(以會員編號或會員中文名，密碼為默認(rèn)123456)

3.會員有權(quán)修改密碼.

4.預(yù)訂服務(wù)必須要發(fā)送短信驗(yàn)證碼

5.會員可以通過網(wǎng)絡(luò)來查詢以預(yù)訂的服務(wù)，以及之前消費(fèi)記錄，以及余額的查看。(這里只提供查詢和查看權(quán)限)

數(shù)據(jù)同步

1、所有客戶端的數(shù)據(jù)都是統(tǒng)一同步的，共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫。

老人院內(nèi)定位

1，老人在院內(nèi)位置確定，為了便于尋找老人，以及老人需要緊急醫(yī)療便于確定位置

緊急報(bào)警

2、老人按了緊急報(bào)警之后，值班室要有顯示，以及短息通知一些管理人員。(要有兩種報(bào)警機(jī)制，一種是移動(dòng)式，一種固定式，在房間內(nèi))