無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在居家養(yǎng)老中的實(shí)踐研究

吳泳，徐秀蘭

（1.湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410015；

2.通號(hào)（長(zhǎng)沙）軌道交通控制技術(shù)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410199）

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在居家養(yǎng)老中的實(shí)踐研究

吳泳1，徐秀蘭2

（1.湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410015；

2.通號(hào)（長(zhǎng)沙）軌道交通控制技術(shù)有限公司，湖南長(zhǎng)沙410199）

隨著老齡化社會(huì)的來(lái)臨，養(yǎng)老作為一個(gè)社會(huì)化問(wèn)題日益突顯出來(lái)。政府提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的新戰(zhàn)略，提倡人們利用信息技術(shù)為傳統(tǒng)行業(yè)注入活力。文章以cc2530芯片為核心，設(shè)計(jì)在居家環(huán)境下老人的身體健康指標(biāo)、摔倒、煤氣等多種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常情況下顯示告警提示的一種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)，是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)具有部署方便，無(wú)需布線，低成本、低功耗、擴(kuò)展簡(jiǎn)單等多方面的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；cc2530；居家養(yǎng)老

據(jù)有關(guān)報(bào)道，至2014年底，我國(guó)60歲以上老年人口已經(jīng)達(dá)到2.12億，占總?cè)丝诘?5.5%。到本世紀(jì)中期老年人口數(shù)量將達(dá)到峰值，超過(guò)4億，也就是每3人中就會(huì)有一個(gè)老年人。我國(guó)現(xiàn)在主要的養(yǎng)老方式有：居家養(yǎng)老、社區(qū)養(yǎng)老、機(jī)構(gòu)養(yǎng)老、異地養(yǎng)老。其中又以居家養(yǎng)老更能符合老人心理及傳統(tǒng)的價(jià)值觀，一直為人們所采用。不過(guò)由于多種原因存在，老人在家中意外摔倒、突發(fā)疾病、發(fā)生意外等的相關(guān)報(bào)道不時(shí)出現(xiàn)。政府提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的戰(zhàn)略，“十二五”國(guó)家規(guī)劃中也清晰地設(shè)計(jì)了社會(huì)養(yǎng)老服務(wù)體系，要求利用現(xiàn)代科技手段，提升養(yǎng)老服務(wù)水平，利用便民信息網(wǎng)絡(luò)等多種多樣的服務(wù)形式，構(gòu)建社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)和信息網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮社區(qū)綜合性網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)作用，為老年人提供高效、實(shí)時(shí)便捷的服務(wù)，構(gòu)建和諧家庭、和諧社會(huì)。

1　無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)屬于物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別感知層。它具有以下特點(diǎn)：

1）傳感技術(shù)是從自然信源獲取信息，并對(duì)之進(jìn)行處理（變換）和識(shí)別的一門(mén)多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器、信息識(shí)別和處理、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、應(yīng)用等方方面面。主要應(yīng)用于傳感和控制的領(lǐng)域。這是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)感知、主動(dòng)探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。

2）相比傳統(tǒng)總線型網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)無(wú)需太多麻煩的布線，網(wǎng)絡(luò)布設(shè)靈活，具有近距離、低功耗、全自動(dòng)組網(wǎng)、低成本等優(yōu)勢(shì)。

3）ZigBee是以IEEE802.15.4為基礎(chǔ)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。在物理層以及媒體接入控制層的基礎(chǔ)上，規(guī)定此系統(tǒng)的服務(wù)及應(yīng)用。Zigbee工作頻率在868MHz，915MHz和2.4GHz等頻段上。我國(guó)是采用2.4GHz頻段，該頻段為全球通用的免付款、免申請(qǐng)的科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)（ISM）頻段，它的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbit/s。

2　居家養(yǎng)老系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，如圖1。

圖1　居家養(yǎng)老系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

主要組成如下：

1）感知層，主要由分布在各個(gè)房間具有ZigBee路由功能的終端傳感器及終端傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成。完成下發(fā)的命令及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)協(xié)調(diào)器上傳。

2）網(wǎng)絡(luò)和信息層：由網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心組成。實(shí)現(xiàn)上下層間的通信，采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)，對(duì)命令做出快速、正確的響應(yīng)。

3）應(yīng)用層：主要是手機(jī)終端/client的應(yīng)用服務(wù)組成。

服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心能實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)來(lái)自各個(gè)無(wú)線傳感終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)；另外還能隨時(shí)通過(guò)GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)等外網(wǎng)用戶對(duì)采集的數(shù)據(jù)查詢、訪問(wèn)。通過(guò)對(duì)一些異常數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)超出相應(yīng)范圍時(shí)給出警示信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向特定人員（如子女、監(jiān)護(hù)人）推送異常信息，以得到及時(shí)幫助和救護(hù)。

系統(tǒng)的控制及采集的數(shù)據(jù)流程是：當(dāng)server/client發(fā)送命令以后，網(wǎng)關(guān)接收命令，先判斷是不是可用的命令，若可用，則根據(jù)命令由協(xié)調(diào)器判斷計(jì)算機(jī)需要哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息，協(xié)調(diào)器向特定的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令要求將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)回傳協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)網(wǎng)關(guān)再將接收到的指定節(jié)點(diǎn)的信息按特定格式傳送給server/client。server/client根據(jù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將所有節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)匯總、分析、存儲(chǔ)和進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3　系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用CC2530芯片。CC2530為針對(duì)IEEE 802.15.4和Zigbee應(yīng)用單芯片的解決方案，低功耗且經(jīng)濟(jì)。它整合了全集成的高效射頻收發(fā)模塊及標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051微控制器，8KB的RAM和其他強(qiáng)大的支持功能和外設(shè)，高達(dá)256KB的閃存、8KB RAM用于更為復(fù)雜的應(yīng)用和Zigbee應(yīng)用、在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到1uA的電流損耗。

1）CC2530的基本電路如圖2。

圖2　CC2530的基本電路圖

2）終端感知節(jié)點(diǎn)的硬件電路

傳感器節(jié)點(diǎn)有有毒氣體、健康數(shù)據(jù)、摔倒異常采集等功能。傳感器在采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)值后，通過(guò)Zig-Bee模塊內(nèi)CC2530單片機(jī)的AD將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，通過(guò)ZigBee無(wú)線模塊射頻部分將其發(fā)送給路由節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)。

氣體傳感器通過(guò)ADC完成采集后，連接在CC2530的P0的P0.5上，電路如圖3。

圖3　氣體傳感器電路圖

摔倒傳感器通過(guò)ADC完成采集后，連接在CC2530的P0的P0.0、P0.1、P0.4上，電路如圖4。

圖4　摔倒傳感器電路圖

4　軟件設(shè)計(jì)

在zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理，之后把數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心，所以軟件系統(tǒng)主要由PC上的應(yīng)用程序、無(wú)線節(jié)點(diǎn)程序組成，其流程圖如圖5和圖6所示。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過(guò)串口、網(wǎng)關(guān)連接至PC計(jì)算機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)ID、物理地址及通信信道號(hào)，把命令發(fā)給相應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)。

圖5　協(xié)調(diào)器圖

圖6　終端節(jié)點(diǎn)圖

5　結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)人口老齡化趨勢(shì)的來(lái)臨，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到智能居家養(yǎng)老對(duì)家庭、社會(huì)的價(jià)值及意義，對(duì)于推崇傳統(tǒng)孝道文化和希望享受天倫之樂(lè)的老人們，也更樂(lè)于接受自己熟悉環(huán)境下的居家養(yǎng)老的信息化、智能化變革。所以，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在養(yǎng)老行業(yè)的應(yīng)用前景非常廣闊，同時(shí)養(yǎng)老的智能應(yīng)用將迎來(lái)很好的發(fā)展機(jī)會(huì)，對(duì)那些從事養(yǎng)老信息化服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)和互聯(lián)網(wǎng)、相應(yīng)終端應(yīng)用開(kāi)發(fā)的企業(yè)，都將面臨很好的發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)然，智能居家養(yǎng)老各方面的發(fā)展和成熟，還需要從服務(wù)方式設(shè)計(jì)及優(yōu)化、信息體系建設(shè)、資源的整合等方面深入探索、實(shí)踐。

［1］周琦.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用［J］.石油化工自動(dòng)化，2010（3）：51-54.

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［3］孫利民，李建中，陳渝.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

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Practice research on w irelesssensor network in home-based care

WU Yong1，XU Xiu-lan2
（1.Hunan Postand Telecommunication College，Changsha，Hunan，China410015；2.Signal&Communication（Changsha）Railway Traffic ControlTechnology Co.LTD.，Changsha，Hunan，China410199）

With the coming of an aging society，the supporting problem has been a social problem.The governmentputs forward the new strategy of Internet+which advocates people to use information technology to invigorate the traditional industry.Taking cc2530 chip as the core，awireless sensor network system has been developed which is designed to detectmultiple parameters of the housebound elderly such as health indicators，falling-down and gas.When the parameters are abnormal，the system can give an alarm.The terminal nodes are perception nodes which are the foundation of the system.Wireless sensor network has many advantages such as easy deployment，nowiring，low cost，low power consumption and simple extension and hasa broad application prospect.

WSN；cc2530；home-based care

10.3969/j.issn.2095-7661.2016.03.007】

TP212.9

A

2095-7661（2016）03-0026-03

2016-04-10

吳泳（1970-），男，湖南江華人，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：電子與信息技術(shù)。

2016年度工信行指委通信專指委立項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：TXZZW2016026）。