无线传感网络在居家养老中的实践研究

吴泳，徐秀兰

（1.湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015；

2.通号（长沙）轨道交通控制技术有限公司，湖南长沙410199）

无线传感网络在居家养老中的实践研究

吴泳1，徐秀兰2

（1.湖南邮电职业技术学院，湖南长沙410015；

2.通号（长沙）轨道交通控制技术有限公司，湖南长沙410199）

随着老龄化社会的来临，养老作为一个社会化问题日益突显出来。政府提出“互联网+”的新战略，提倡人们利用信息技术为传统行业注入活力。文章以cc2530芯片为核心，设计在居家环境下老人的身体健康指标、摔倒、煤气等多种参数进行检测，当参数出现异常情况下显示告警提示的一种无线传感网络系统。无线传感网络中的终端节点是感知节点，是系统能够实现的基础。无线传感网络具有部署方便，无需布线，低成本、低功耗、扩展简单等多方面的优点，应用前景广阔。

无线传感网络；cc2530；居家养老

据有关报道，至2014年底，我国60岁以上老年人口已经达到2.12亿，占总人口的15.5%。到本世纪中期老年人口数量将达到峰值，超过4亿，也就是每3人中就会有一个老年人。我国现在主要的养老方式有：居家养老、社区养老、机构养老、异地养老。其中又以居家养老更能符合老人心理及传统的价值观，一直为人们所采用。不过由于多种原因存在，老人在家中意外摔倒、突发疾病、发生意外等的相关报道不时出现。政府提出“互联网+”的战略，“十二五”国家规划中也清晰地设计了社会养老服务体系，要求利用现代科技手段，提升养老服务水平，利用便民信息网络等多种多样的服务形式，构建社区养老服务平台和信息网络，发挥社区综合性网络平台作用，为老年人提供高效、实时便捷的服务，构建和谐家庭、和谐社会。

1　无线传感网络的特点

无线传感网络属于物联网的识别感知层。它具有以下特点：

1）传感技术是从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息识别和处理、开发、测试、应用等方方面面。主要应用于传感和控制的领域。这是物联网实现感知、主动探测的关键技术。

2）相比传统总线型网络控制技术，ZigBee无线传感网络无需太多麻烦的布线，网络布设灵活，具有近距离、低功耗、全自动组网、低成本等优势。

3）ZigBee是以IEEE802.15.4为基础的低功耗局域网协议。在物理层以及媒体接入控制层的基础上，规定此系统的服务及应用。Zigbee工作频率在868MHz，915MHz和2.4GHz等频段上。我国是采用2.4GHz频段，该频段为全球通用的免付款、免申请的科学、工业、医学（ISM）频段，它的数据传输速率为250kbit/s。

2　居家养老系统结构

系统结构组成，如图1。

图1　居家养老系统结构组成图

主要组成如下：

1）感知层，主要由分布在各个房间具有ZigBee路由功能的终端传感器及终端传感器节点、协调器节点组成。完成下发的命令及实时数据的采集，并通过协调器上传。

2）网络和信息层：由网关、服务器、数据中心组成。实现上下层间的通信，采集来的实时数据的处理、存储，对命令做出快速、正确的响应。

3）应用层：主要是手机终端/client的应用服务组成。

服务器与数据中心能实时处理、存储来自各个无线传感终端节点通过协调器节点、网关设备转发来的数据；另外还能随时通过GPRS或者3G网络提供互联网等外网用户对采集的数据查询、访问。通过对一些异常数据的监测，当超出相应范围时给出警示信息，并通过网络向特定人员（如子女、监护人）推送异常信息，以得到及时帮助和救护。

系统的控制及采集的数据流程是：当server/client发送命令以后，网关接收命令，先判断是不是可用的命令，若可用，则根据命令由协调器判断计算机需要哪个节点的信息，协调器向特定的目标节点发送命令要求将对应数据回传协调器，协调器通过网关再将接收到的指定节点的信息按特定格式传送给server/client。server/client根据网关节点将所有节点上传的数据汇总、分析、存储和进行相应的处理。

3　系统硬件电路的设计

该设计采用CC2530芯片。CC2530为针对IEEE 802.15.4和Zigbee应用单芯片的解决方案，低功耗且经济。它整合了全集成的高效射频收发模块及标准的增强型8051微控制器，8KB的RAM和其他强大的支持功能和外设，高达256KB的闪存、8KB RAM用于更为复杂的应用和Zigbee应用、在掉电模式下，只有睡眠定时器运行时，仅有不到1uA的电流损耗。

1）CC2530的基本电路如图2。

图2　CC2530的基本电路图

2）终端感知节点的硬件电路

传感器节点有有毒气体、健康数据、摔倒异常采集等功能。传感器在采集到相应数据值后，通过Zig-Bee模块内CC2530单片机的AD将其转换为数字电压，通过ZigBee无线模块射频部分将其发送给路由节点或者网关。

气体传感器通过ADC完成采集后，连接在CC2530的P0的P0.5上，电路如图3。

图3　气体传感器电路图

摔倒传感器通过ADC完成采集后，连接在CC2530的P0的P0.0、P0.1、P0.4上，电路如图4。

图4　摔倒传感器电路图

4　软件设计

在zigbee无线传感网络中，各个设备节点实现并完成相应的数据采集、处理，之后把数据上传给数据中心，所以软件系统主要由PC上的应用程序、无线节点程序组成，其流程图如图5和图6所示。网络协调器通过串口、网关连接至PC计算机，通过网络协调器的网络ID、物理地址及通信信道号，把命令发给相应的终端节点。

图5　协调器图

图6　终端节点图

5　结语

随着社会人口老龄化趋势的来临，人们已经认识到智能居家养老对家庭、社会的价值及意义，对于推崇传统孝道文化和希望享受天伦之乐的老人们，也更乐于接受自己熟悉环境下的居家养老的信息化、智能化变革。所以，无线传感器网络在养老行业的应用前景非常广阔，同时养老的智能应用将迎来很好的发展机会，对那些从事养老信息化服务系统建设和互联网、相应终端应用开发的企业，都将面临很好的发展机遇。当然，智能居家养老各方面的发展和成熟，还需要从服务方式设计及优化、信息体系建设、资源的整合等方面深入探索、实践。

［1］周琦.无线传感器网络在工业控制领域的发展和应用［J］.石油化工自动化，2010（3）：51-54.

［2］潘小琴，徐海龙.基于无线传感器网络的远程抄表系统设计［J］.自动化与仪表，2016（6）：27-30.

［3］孙利民，李建中，陈渝.无线传感器网络［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［4］何诗礼，赵翔远.基于无线传感器网络技术的环境监测系统设计［J］.通讯世界，2016（12）：9.

［5］凌敏.居家养老呼叫救助服务平台建设研究［J］.湖南邮电职业技术学院学报，2015（4）：44-47.

［6］曹毅.无线传感网络的唤醒技术研究［J］.数字技术与应用，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

吴泳（1970-），男，湖南江华人，硕士，高级实验师，主要研究方向：电子与信息技术。

2016年度工信行指委通信专指委立项项目（项目编号：TXZZW2016026）。