吳泳，徐秀蘭

（1.湖南郵電職業(yè)技術學院，湖南長沙410015；

2.通號（長沙）軌道交通控制技術有限公司，湖南長沙410199）

無線傳感網(wǎng)絡在居家養(yǎng)老中的實踐研究

吳泳1，徐秀蘭2

（1.湖南郵電職業(yè)技術學院，湖南長沙410015；

2.通號（長沙）軌道交通控制技術有限公司，湖南長沙410199）

隨著老齡化社會的來臨，養(yǎng)老作為一個社會化問題日益突顯出來。政府提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的新戰(zhàn)略，提倡人們利用信息技術為傳統(tǒng)行業(yè)注入活力。文章以cc2530芯片為核心，設計在居家環(huán)境下老人的身體健康指標、摔倒、煤氣等多種參數(shù)進行檢測，當參數(shù)出現(xiàn)異常情況下顯示告警提示的一種無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。無線傳感網(wǎng)絡中的終端節(jié)點是感知節(jié)點，是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎。無線傳感網(wǎng)絡具有部署方便，無需布線，低成本、低功耗、擴展簡單等多方面的優(yōu)點，應用前景廣闊。

無線傳感網(wǎng)絡；cc2530；居家養(yǎng)老

據(jù)有關報道，至2014年底，我國60歲以上老年人口已經(jīng)達到2.12億，占總?cè)丝诘?5.5%。到本世紀中期老年人口數(shù)量將達到峰值，超過4億，也就是每3人中就會有一個老年人。我國現(xiàn)在主要的養(yǎng)老方式有：居家養(yǎng)老、社區(qū)養(yǎng)老、機構(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)的價值觀，一直為人們所采用。不過由于多種原因存在，老人在家中意外摔倒、突發(fā)疾病、發(fā)生意外等的相關報道不時出現(xiàn)。政府提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的戰(zhàn)略，“十二五”國家規(guī)劃中也清晰地設計了社會養(yǎng)老服務體系，要求利用現(xiàn)代科技手段，提升養(yǎng)老服務水平，利用便民信息網(wǎng)絡等多種多樣的服務形式，構(gòu)建社區(qū)養(yǎng)老服務平臺和信息網(wǎng)絡，發(fā)揮社區(qū)綜合性網(wǎng)絡平臺作用，為老年人提供高效、實時便捷的服務，構(gòu)建和諧家庭、和諧社會。

1　無線傳感網(wǎng)絡的特點

無線傳感網(wǎng)絡屬于物聯(lián)網(wǎng)的識別感知層。它具有以下特點：

1）傳感技術是從自然信源獲取信息，并對之進行處理（變換）和識別的一門多學科交叉的現(xiàn)代科學與工程技術，它涉及傳感器、信息識別和處理、開發(fā)、測試、應用等方方面面。主要應用于傳感和控制的領域。這是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)感知、主動探測的關鍵技術。

2）相比傳統(tǒng)總線型網(wǎng)絡控制技術，ZigBee無線傳感網(wǎng)絡無需太多麻煩的布線，網(wǎng)絡布設靈活，具有近距離、低功耗、全自動組網(wǎng)、低成本等優(yōu)勢。

3）ZigBee是以IEEE802.15.4為基礎的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。在物理層以及媒體接入控制層的基礎上，規(guī)定此系統(tǒng)的服務及應用。Zigbee工作頻率在868MHz，915MHz和2.4GHz等頻段上。我國是采用2.4GHz頻段，該頻段為全球通用的免付款、免申請的科學、工業(yè)、醫(yī)學（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，主要由分布在各個房間具有ZigBee路由功能的終端傳感器及終端傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點組成。完成下發(fā)的命令及實時數(shù)據(jù)的采集，并通過協(xié)調(diào)器上傳。

2）網(wǎng)絡和信息層：由網(wǎng)關、服務器、數(shù)據(jù)中心組成。實現(xiàn)上下層間的通信，采集來的實時數(shù)據(jù)的處理、存儲，對命令做出快速、正確的響應。

3）應用層：主要是手機終端/client的應用服務組成。

服務器與數(shù)據(jù)中心能實時處理、存儲來自各個無線傳感終端節(jié)點通過協(xié)調(diào)器節(jié)點、網(wǎng)關設備轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；另外還能隨時通過GPRS或者3G網(wǎng)絡提供互聯(lián)網(wǎng)等外網(wǎng)用戶對采集的數(shù)據(jù)查詢、訪問。通過對一些異常數(shù)據(jù)的監(jiān)測，當超出相應范圍時給出警示信息，并通過網(wǎng)絡向特定人員（如子女、監(jiān)護人）推送異常信息，以得到及時幫助和救護。

系統(tǒng)的控制及采集的數(shù)據(jù)流程是：當server/client發(fā)送命令以后，網(wǎng)關接收命令，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)器判斷計算機需要哪個節(jié)點的信息，協(xié)調(diào)器向特定的目標節(jié)點發(fā)送命令要求將對應數(shù)據(jù)回傳協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過網(wǎng)關再將接收到的指定節(jié)點的信息按特定格式傳送給server/client。server/client根據(jù)網(wǎng)關節(jié)點將所有節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)匯總、分析、存儲和進行相應的處理。

3　系統(tǒng)硬件電路的設計

該設計采用CC2530芯片。CC2530為針對IEEE 802.15.4和Zigbee應用單芯片的解決方案，低功耗且經(jīng)濟。它整合了全集成的高效射頻收發(fā)模塊及標準的增強型8051微控制器，8KB的RAM和其他強大的支持功能和外設，高達256KB的閃存、8KB RAM用于更為復雜的應用和Zigbee應用、在掉電模式下，只有睡眠定時器運行時，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)點的硬件電路

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

氣體傳感器通過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　軟件設計

在zigbee無線傳感網(wǎng)絡中，各個設備節(jié)點實現(xiàn)并完成相應的數(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上的應用程序、無線節(jié)點程序組成，其流程圖如圖5和圖6所示。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器通過串口、網(wǎng)關連接至PC計算機，通過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡ID、物理地址及通信信道號，把命令發(fā)給相應的終端節(jié)點。

圖5　協(xié)調(diào)器圖

圖6　終端節(jié)點圖

5　結(jié)語

隨著社會人口老齡化趨勢的來臨，人們已經(jīng)認識到智能居家養(yǎng)老對家庭、社會的價值及意義，對于推崇傳統(tǒng)孝道文化和希望享受天倫之樂的老人們，也更樂于接受自己熟悉環(huán)境下的居家養(yǎng)老的信息化、智能化變革。所以，無線傳感器網(wǎng)絡在養(yǎng)老行業(yè)的應用前景非常廣闊，同時養(yǎng)老的智能應用將迎來很好的發(fā)展機會，對那些從事養(yǎng)老信息化服務系統(tǒng)建設和互聯(lián)網(wǎng)、相應終端應用開發(fā)的企業(yè)，都將面臨很好的發(fā)展機遇。當然，智能居家養(yǎng)老各方面的發(fā)展和成熟，還需要從服務方式設計及優(yōu)化、信息體系建設、資源的整合等方面深入探索、實踐。

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

［4］何詩禮，趙翔遠.基于無線傳感器網(wǎng)絡技術的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］.通訊世界，2016（12）：9.

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［6］曹毅.無線傳感網(wǎng)絡的喚醒技術研究［J］.數(shù)字技術與應用，2012（9）：97-99.

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，高級實驗師，主要研究方向：電子與信息技術。

2016年度工信行指委通信專指委立項項目（項目編號：TXZZW2016026）。