逖偲高养老院人员定位系统

　　一) 系统背景

　　养老院主要服务对象是老年人，老龄问题比较突出。因为年龄的偏大，老年人或多或少在身体上有些不便，自理程度不如年轻人，比较容易出事故。养老院里的基础建设日趋先进，一般都配套有花园、健身场所、娱乐场所、休闲场所等。这些设施首先丰富了老人们的生活，为老人的生活添光增彩；同时也给老人们带来潜在的不便。因为场所涉及的地方大，管理人员不可能顾及到每个位置的每位老人，当老人出现问题时，需要服务人员以最快的速度，找到老人所在位置，进行相应的帮助。所以必须要采取一种有效的方式来照顾老人，而实时确定老人在养老院内的位置，并对其及时提供服务， “定位”更显重要。

　　上海逖偲高结合养老院的实际情况，研发出了zigbee养老院定位系统，进而对老人给予更高质量的呵护与照顾。

　　二) Zigbee介绍

　　Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。Zigbee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称做IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。 

　　Zigbee不仅只是802.15.4的名字。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。 

　　ZigBee可使用的频段有3个，分别是2.4 GHz的ISM频段、欧洲的868 MHz 频段以及美国的915 MHz 频段，不同频段可使用的信道分别是16、1、10个。中国采用2.4 GHz频段，它是免申请和免使用费的频段;采用直接序列扩频技术DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，传输距离介于10~75 m(增加RF发射功率，可达500 m);传输速率为20~250 kb/s，适合传感器数据采集和控制数据的传输。ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网。

　　1) RSSI定位技术

　　RSSI[2](Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)是指基站接收到的无线信号强度大小。在基于接收信号强度指示RSSI 的定位中,已知发射基站的发射信号强度,接收基站根据接收到信号的强度计算出信号的传播损耗,利用理论和经验模型将传输损耗转化为距离,再利用已有的算法计算出节点的位置。该技术硬件要求较低、算法相对简单,在实验室环境中表现出良好特性;但由于环境因素变化的原因,在实际应用中往往还需要改进。接收信号强度是发射功率和发射器与接收器间距离的函数。
RSSI=-(10n•lgd+A)(1)

　　其中，n代表信号传播常量，也叫传播指数;d代表距发射器间的距离;A代表距离1 m时的接收信号强度。

　　信号的衰减与距离成对数衰减的关系。基站到定位标签的距离越近, 由RSSI值的偏差产生的绝对距离误差越小;而当距离大于某一值时,由RSSI波动造成的绝对距离误差将会很大。一个未知基站可能收到n个定位标签的信号, 所以应当采用RSSI值大几个基站进行定位计算，这样可以避免定位误差扩大。

　　2) ZigBee技术实现定位的优势

　　1. 功耗低

　　由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1 mW,而且采用了休眠模式，因此ZigBee设备非常省电。ZigBee设备仅靠2节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，其功耗远远低于其他无线设备。

　　2. 成本低

　　与 GPS相比，定位引擎在单芯片 ZigBee RF收发器中与 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协议是免专利费的。

　　3. 时延短

　　通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30 ms，休眠激活的时延是15 ms，活动设备信道接入的时延为15 ms。因此ZigBee技术适用于对实时定位要求较高的应用。

　　4. 网络容量大

　　一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和1个主设备，组网方式灵活。随着ZigBee技术的成熟，未来ZigBee设备不断增多，可以利用具有ZigBee RF的设备或基础设施,容易组建ZigBee网络，降低了ZigBee节点设计和组网成本,且利用更多的ZigBee设备可以达到更高的定位精度。

　　三) 方案介绍

　　每个老人都配带着一个腕带，该腕带内置zigbee的射频卡，该卡是基于zigbee的无线技术，利用国际通用的2.4~2.5GHz的频段，腕带可以主动的向外界发送信息，能传输0~1500米的距离。腕带的信息被基站接收到后，基站就可以解读卡内的信息，进而了解到是哪个老人的腕带号？处于什么位置？基站再把读到的信息发给电脑。当老人移动到其他地点时，电脑能实时监控到具体的位置。当老人在社区任何地方遇到困难，按下随身腕带上的按钮，监控中心管理人员的电脑屏幕上将立即显示该老人所处的位置，以及老人个人的健康状况、曾患过的疾病等相关信息，为医护人员的快速响应、紧急求助提供指引。 　

　　四) 产品介绍

　　1. 腕带技术

　　本系统中的产品，均采用2.4GHz的zigbee无线技术，该技术因以主动方式向外发送数据、传输距离远、辐射非常小、定位精度比较高，非常适合在养老院中使用。　

　　1) 腕带的组成

　　外壳：由特殊医用材质制造，不会刺激皮肤或感到不舒适感。有表带和表头部分组成，表带可自由调整带到手腕的松紧度，表头内置核心的芯片装置。

　　芯片装置：有zigbee、单片控制、SOS报警模块、电池模块。zigbee无线模块负责对外、对内的数据收发；单片负责数据分析处理和控制；SOS模块即按键输入报警、求救；电池给电路供电。：

　　2) 腕带的功能

　　腕带向外传输的距离最远可达1500米，且可以通过软件调整距离，以满足现场的使用距离和定位精度。

　　腕带侧面设置SOS按键，当老人需要帮助时，即可按下SOS，向服务人员求助。

　　每个腕带内存储ID号，可以作为老人的电子身份，此ID号是由几十位的字母和数字组成，绝不会重复。

　　每个腕带内还可以存储老人的个人信息，如：老人管理：老人资料、外出登记、老人情况一览表、入住登记、老人健康档案、期间健康档案查询、入住信息

　　以上信息，可以在给老人佩戴腕带之前，存储到腕带内，腕带内的数据可以与电脑中的数据同步。

　　2. 基站

　　基站接受腕带的信息，通过解调，将数据转换成数字信号，通过网关连接电脑。腕带必须与基站配合使用。

　　基站可任意安装，不需要进行数据线连接，只要提供电源就可以了，所以不需要进行施工，安装及其简单。

　　3. 网关 　

　　网关是读取基站信号的终端设备，它通过USB接口与计算机连接，将基站的数据通过USB与计算机连接，读取相关数据。

　　五) 系统模块介绍

　　1. 系统概述

　　给养老院中的每位老人佩戴一个腕带，佩戴时需调整好腕带的松紧度，避免给老人带来不适感（亦可选择自由摘戴）。每一个老人腕带中存储ID号和老人信息，ID号是老人的电子身份号，老人信息包括：姓名、年龄、性别、房间号、家庭信息（家人，亲情号、家庭住址等等）、病史档案。

　　在房间内、楼道、楼梯、卫生间、活动院所等安装一定数量的基站，基站被安装到某个位置时，该基站的地址号即与该位置绑定到一起，比如1号基站被安装到302房间，那么当1号基站传送信息给电脑时，电脑即知道是302房间的老人传送的信息。

　　当老人处于某基站的识别范围内时，基站将该老人的腕带号传送给电脑，电脑立即能判断出：

　　电脑根据设置，会在屏幕上弹出信息框，提示管理人员快速的处理。

　　2. 系统功能模块

　　1) 老人位置自动汇报

　　腕带可被设置成，间歇的向基站发送信息，向系统报告其位置，系统可对所有的老人进行监控管理，当某位老人的信息没有上传给电脑时，电脑则会弹出报警对话框，提示管理人员查看。系统会自动的描绘出老人某段时间段内的行动轨迹图。

　　2) 系统对老人位置查询

　　当管理人员要对某位老人的位置进行查看时，可在系统中输入老人的姓名或电子ID号，如要查找123号，系统则会给所有的基站指令，要求其检索123号的信息；则所有的基站向外发送信息，当检索到相应的ID号时，由读到123号的基站（如11号），向电脑回复指令，电脑即能判断出123号在***地方（11号基站安装的地方）

　　3) 老人SOS呼叫

　　老人在社区任何地方遇到困难，按下腕带上的紧急救助按钮时，即向基站发送一条紧急信息，基站时时上传给电脑，电脑即会在管理人员的电脑屏幕上将立即显示该老人所处的位置，以及老人个人的健康状况、曾患过的疾病等相关信息，为医护人员的快速响应、紧急求助提供指引。同时也可监控工作人员的实时位置，进行规范化管理和合理调度。 　

　　4) 危险区域自动报警

　　因考虑到老人的自理能力不足，活动院所或楼内某些区域记为危险区域。在这些区域边缘地区安装基站，当有老人接近时，就会被基站读到，基站上报给电脑，电脑即会提示管理人员处理，同时会控制危险区域的声光报警，以提示老人注意安全。 　

　　5) 视频联动功能

　　视频监控可以帮助管理人员了解到现场的实际画面，当有SOS报警时，系统控制相应区域的摄像头，切换到指定定点，监控现场画面。

　　6) 被单独设置规则

　　此功能对某些特殊的老人设定，某些需要特殊照顾老人，需要给其限定一定的活动范围或行为。

　　7) 时间设置规则

　　养老院需要照管的老人往往较多，院方会有具体的管理规定，如进餐时间，休息时间等。比如到了休息时间，系统会指令每个房间内的基站，读取腕带信息，判断是否每个老人都在自己的房间内休息，如果人数不够，或其他房间的人在本房间，系统则会判断到，进而提示管理人员去劝老人回房。
基于zigbee的养老院管理系统作为一个有实际意义的，zigbee养老院管理系统应用方案是老龄化问题的重要应对策略。是未来世界发展的必然趋势。