基于ZigBee技術(shù)的老人監(jiān)護(hù)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：近年來，中國(guó)的老人群體居世界首位。老齡化步伐加快，老年人的數(shù)量指數(shù)式增多，傳統(tǒng)的看護(hù)系統(tǒng)已不能滿足老年人的需求，而年輕人卻越來越少，為了解決這個(gè)矛盾，老人看護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行智能化的改造是我們今后的必然選擇。本文主要研究的是基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)和傳統(tǒng)老人定位看護(hù)系統(tǒng)相比，擁有很多自身的優(yōu)點(diǎn)，如它不光擁有定位功能，還能檢測(cè)老年人的身體狀況，另外，它不在使用老人在室內(nèi)可能因?yàn)闆]有GPS信號(hào)而定位的GPS定位，而是使用ZigBee進(jìn)行定位，安全可靠。因而本文提出了基于ZigBee技術(shù)的智能老人定位看護(hù)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ZigBee系統(tǒng)；智能老人；定位看護(hù)系統(tǒng)研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.114

1 ZigBee智能看護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行概述

在經(jīng)過對(duì)年老體弱者定位看護(hù)系統(tǒng)梳理和對(duì)比，根據(jù)老年人定位看護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行目的，本文旨在構(gòu)建一種以ZigBee為基礎(chǔ)的智能老年人定位看護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先需要設(shè)定以ZigBee協(xié)調(diào)器為重要單元的無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)包括脈搏、溫度傳感器，這些節(jié)點(diǎn)在預(yù)定的時(shí)間記錄脈搏溫度傳感器測(cè)定的信息，收集的信息群利用ZigBee無線通信技術(shù)送至協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器將這些信息群逐一甄別。與此同時(shí)，構(gòu)建的上位機(jī)對(duì)傳感器收集的信息群進(jìn)行測(cè)定，構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)收集的信息群進(jìn)行保存。

2 基于ZigBee系統(tǒng)的智能老人定位看護(hù)系統(tǒng)分析

2.1 ZigBee技術(shù)概括

ZigBee技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，已經(jīng)確立了明確的技術(shù)要求。IEEE802.15.4協(xié)議規(guī)定ZigBee技術(shù)物理層與媒體接入控制層的協(xié)議，ZigBee技術(shù)聯(lián)盟明確網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，使用者可以本身的具體需要設(shè)定使用應(yīng)用層，所以ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)了使用者在組網(wǎng)層面的各種需求。ZigBee技術(shù)在信道接入中選擇免沖突多載波信道，降低了信息傳遞可能出現(xiàn)的沖突，保證通信協(xié)議的應(yīng)答完整性，讓數(shù)據(jù)傳輸在信道上運(yùn)行安全可靠。

2.2 ZigBee無線通信模塊的選擇

在看護(hù)系統(tǒng)中選擇ZigBee CC2530開發(fā)板，這是德州儀器（TI）生產(chǎn)的滿足IEEE 802.15.4協(xié)議規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，它的閃存數(shù)據(jù)寄存器最多可以有256個(gè)字節(jié)，該芯片功能異常強(qiáng)大，性能特別穩(wěn)定，所以，它最適合在ZigBee技術(shù)上。

CC2530的主要部分是核心模塊和擴(kuò)展模塊。前者是由CC2530及一個(gè)32MHz和一個(gè)32.768KHz的外部時(shí)鐘組成的。擴(kuò)展模塊主要包括程序下載口、IO口、按鍵及顯示屏等。

2.3 傳感器整列檢測(cè)和對(duì)比分析

工程師對(duì)傳感器的工作狀態(tài)應(yīng)該固定時(shí)間進(jìn)核查及對(duì)檢查的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，盡可能早地發(fā)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)里面的不正常狀況。

ZigBee中啟動(dòng)按鍵，系統(tǒng)能夠根據(jù)協(xié)調(diào)器的啟動(dòng)顯示ID以及頻道號(hào)碼。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分配信息有端點(diǎn)連接時(shí)能夠在長(zhǎng)距離地完成幫助申請(qǐng)，如若沒有信息請(qǐng)求，系統(tǒng)僅經(jīng)過RS232就能滿足傳輸遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的需求。系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，工程師在路由器開機(jī)時(shí)對(duì)入網(wǎng)申請(qǐng)進(jìn)行放行。網(wǎng)絡(luò)入網(wǎng)號(hào)在布局的過程中，同意數(shù)據(jù)流入并且將網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)收集的信息轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。該系統(tǒng)能夠隨終端節(jié)點(diǎn)里的信息不同，產(chǎn)生相應(yīng)的處理。

3 軟件框架構(gòu)建

該系統(tǒng)的軟件框架由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)、光敏傳感器驅(qū)動(dòng)和上位機(jī)組成。

在IAR軟件平臺(tái)上開發(fā)的ZigBee協(xié)議棧是基于Z-Stack-2.3.3-1.4.0協(xié)議棧完成的，ZigBee能夠利用仿真器來實(shí)現(xiàn)代碼下載及上電模擬，進(jìn)而使使用者應(yīng)用起來更加容易。

3.1 監(jiān)護(hù)跟蹤系統(tǒng)概述

在IAR軟件平臺(tái)上完成了該系統(tǒng)所有的軟件開發(fā)。

IAR Embedded Workbench（簡(jiǎn)稱IAR）的交叉編譯器和C-SPY調(diào)試器是里面包含了大多數(shù)集成編譯，IAR是一款使用難度低的芯片集成。其呈現(xiàn)給用戶的使用界面相對(duì)直接容易識(shí)別?，F(xiàn)在，它能與多位ARM的微處理器結(jié)合使用。

3.2 協(xié)調(diào)器端點(diǎn)軟件構(gòu)建

ZigBee中，協(xié)調(diào)器的主要用途是進(jìn)行ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建。在協(xié)調(diào)器送出需求指令需要重新組網(wǎng)時(shí)，微處理器將依據(jù)信道上網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量從少到多依次進(jìn)行選擇。若一旦檢測(cè)到滿足需求的信道，微處理器即將產(chǎn)生一個(gè)PAN ID，此PAN ID 可以讓設(shè)備自由生成，還可跟據(jù)工程師的意愿決定。不過此PAN ID在信道中僅有一個(gè)。新的網(wǎng)絡(luò)將會(huì)隨著PAN ID產(chǎn)生后形成。重新組網(wǎng)后，將會(huì)接受端點(diǎn)入網(wǎng)申請(qǐng)。

3.3 傳感器端點(diǎn)軟件構(gòu)建

微控制器啟動(dòng)后，其設(shè)備可以智能地探測(cè)近距離內(nèi)是否有與之配對(duì)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，若探測(cè)到配對(duì)的網(wǎng)絡(luò)，終端能夠智能申請(qǐng)融入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)傳感器恰好融入網(wǎng)絡(luò)后，其節(jié)點(diǎn)將會(huì)在固定時(shí)間收集光敏傳感器上的信息，然后把該信息上傳至協(xié)調(diào)器。

3.4 脈搏，溫度傳感器軟件驅(qū)動(dòng)

傳感器首先獲取信息，然后利用IIC總線實(shí)現(xiàn)其到終端設(shè)備的有效通信。利用CC2530的IO端口實(shí)現(xiàn)IIC時(shí)序的虛擬，完成與傳感器數(shù)據(jù)的交換。

IIC總線能進(jìn)行全雙工信息交換的串行總線。Arm能與外設(shè)之間通過IIC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。該總線有兩根線分別為：串行時(shí)鐘線（SCL）與串行數(shù)據(jù)線（SDA）。二者能夠?qū)崿F(xiàn)信息的相互交換。數(shù)據(jù)輸送的范圍與向何方向輸送和數(shù)據(jù)何時(shí)開始輸送、何時(shí)結(jié)束輸送都受ARM控制。

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作者簡(jiǎn)介：馬百杰（1983-），男，山東菏澤人，助教。