zigbee养老院定位系统

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。腕带还可以预制芯片，用于门禁开锁，消费一卡通用途。

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

管理员模块(权限系统)

1、管理员模块，管理可以通过登录后台，进行软件管理

2、管理后台有多个管理目录，可以通过权限分配管理组，让多个管理员拥有不同的管理权限。

3、可开设不同用户帐号和密码，分权限组管理网站不同模块;

4、具备权限的分帐户可登录管理权限范围内的模块，但对于其他模块则不可见;

5、提供通知系统，系统最高管理员可以发布全站的通知;

6、提供管理员操作日志

会员管理模块

1、提供会员系统，可对会员进行增删改查，密码重置

2、会员有独立的资料系统，并可以对资料进行模糊查找，精确查找，每位会员有独立的多个字段，充值额度，信用额度，以及门锁开放时间的调整。

3、会员模块结合卡模块，及门锁模块，相互之间可以查询关联

4、与短信系统耦合，可以对某会员，或批量会员进行短信发送

5、提供会员操作日志

会员卡管理

1、会员卡功能，可以自动生成卡号，批量生成卡号，自定义生成卡号

2、会员模块结合卡模块，相互之间可以查询关联

3、单个卡可以增加附属卡，及临时卡，附属卡可以绑定独立的会员，附属卡可以根据父卡分配使用额度和信用额度。

4、卡分不同的类型，不同的类型，名称，折扣，内容都不同

5、卡有额度卡和次数卡2个大类型

6、提供卡的增删改查功能

消费管理模块

1. 消费收银：可以添加产品组合消费模式，软件会自动根据购买项目的明细计算积分，或推荐人等相关会员的积分计算。

2. 会员刷卡后，选择消费项目或产品，也可以通过'输入编码'方式，对产品进行扫描输入。结账时，支持"现金、储值、积分抵现"等支付方式。结账后，短信自动通知会员本次消费及获得积分情况。

3. 支持散客和非会员消费。

4. 客户的消费历史、操作人员、金额和获得的积分都可以进行记录查询。

商品管理模块

1、后台设置多个商品分类，不同的商品分类资料不同，描述和简介都不同

2、不同的商品分类提供不同的商品，商品提供不同的价格和折扣

3、不同时间商品提供的预订额不同，后台可以设置预订额及价格

4、可以进行临时的商品调整

5、所有对于商品的增删改查都会有记录在此模块

门禁管理系统

1、权限管理：可以设置某个人能过哪几个门，或者某个人能过所有的门。也可设置某些人能过哪些门。设置结果可以按门或者按人来排列，用户可以很清晰地看到 某个门哪些人能过，或者某个人可以通过哪些门。一目了然，并可以打印或者输出到Excel报表中。

2、时间段管理：可以设置某个人对某个门，星期几可以进门，每天几点到几点可以进门。每个控制器可以设置各自的时间段。可以设置某些时间段不需刷卡而自动开门，适合有这种需求的场合使用。

3、脱机运行：通过软件设置上传后，控制器会记住所有权限和记录所有信息，即使电脑软件和电脑关闭，系统依然可以正常脱机正常运行，即使停电信息也永不丢失。

长期关门、长期开门：如果某些门需要长时间打开的话，可以通过软件控门使其为常开，某些门需要长时间关闭不希望任何人进入的话，可以使其为常闭。或者某些特定时候。

4、软件开门功能：管理员可以在接到指示后，点击软件控门的“开门”按钮远程开门。

门内人数快速查询：可以查询某个门内，或者某个区域内(有几个门)有多少人数，并显示这个区域的人员清单。

5、实时提取数卡数据：用户可以边实时监控，边自动提取控制器内的记录，刷一条就上传一条到电脑数据库里。

短信互动

1、可以设置模板短信，自动发送至会员

2、可以主动发布短信，可以群发或者单独发送

3、会员消费或进行关键操作将会自动进行发送短信

4、短信模块主要结合其他模块进行自动操作

5、按照需求发送随机验证码，来和系统连成互动

生日提醒

功能概要：针对客户的特殊纪念日等进行提醒备忘

1. 用户可以自行进行对需要提醒天数进行设置，同时可以编辑短信进行发送祝福，单发群发短信都可以支持。

2. 下方为提醒的信息显示列表：卡号、姓名、性别、出生日期、电话、手机。

网上预约系统

1.会员可以通过网络登录到公司的门户网站(或一个网络地址)上来预订一些服务，(如，棋牌室，影院，学习班，还有入住房间，)

2.登录帐号(以会员编号或会员中文名，密码为默认123456)

3.会员有权修改密码.

4.预订服务必须要发送短信验证码

5.会员可以通过网络来查询以预订的服务，以及之前消费记录，以及余额的查看。(这里只提供查询和查看权限)

数据同步

1、所有客户端的数据都是统一同步的，共用一个数据库。

老人院内定位

1，老人在院内位置确定，为了便于寻找老人，以及老人需要紧急医疗便于确定位置

紧急报警

2、老人按了紧急报警之后，值班室要有显示，以及短息通知一些管理人员。(要有两种报警机制，一种是移动式，一种固定式，在房间内)