基于Zigbee技术的儿童防丢失装置

刘永+朱元培+高小勤

摘要：针对当前儿童易走失的现状，以及目前市场上基于GPS定位技术构建跟踪装置的局限性，本文设计出一种采用Zigbee技术的防丢失装置。在小区、游乐场等小范围活动区域内，对儿童的相对位置进行动态监测，确定其运动范围，在其即将脱离监控范围时及时报警提示。本装置体积小、耗电少，能在复杂环境下使用。

关键词：防丢失装置；单片机；Zigbee技术；RSSI

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0117-01

1 引言

随着社会的进步，现代生活节奏的加快，人们带孩子外出的机会也越来越多，另外由于拐卖儿童犯罪分子的猖獗，儿童的安全成为一个亟待解决的問题。目前，市场上比较先进的防走失装置大部分是基于GPS定位技术，其成本高、功耗大，携带不方便。本文提出一种基于Zigbee技术的无线防走失跟踪装置，对于在游乐场、小区住所等小范围内，通过该装置可以判断该儿童的当前所在位置。当出现异常情况能及时报警提醒，达到主动防丢失的效果。

2 无线传感器网络和Zigbee技术

Zigbee技术是一种新兴的低功耗、低数据率、低成本、高可靠性的短距离无线网络技术，它工作于无需注册的2.4GHz频段，传输速率为10～250kb/s，传输距离为10～75米，扩展后可达几百米，甚至几千米，利用Zigbee技术可以组成一个庞大而有效的无线数据网络传输平台。更重要的是采用CC2530芯片内部的RSSI（即是接收信号强度显示），由于信号强度或信号幅值有随着相对距离的增加而有所减弱的特点，所以可以对接受的信号进行检测，进而计算出信号点与接收点之间的的距离，这正是目前无线传感网络中所采用的技术及算法。

其原理是：

[p（d）]dBm=[p（d0）]dBm-10nlg（d/d0）+XdBm。

上式中的p（d）是当母机与子机之间的距离为d时，母机所接收到子机的信号强度值；p（d0）为距离子机为d0时，母机接收到的信号功率；d0为根据实际应用的情况来选的参考距离，为了减少计算量，节省时间，d0通常取1m；n为路径损耗指数（Pass Loss），它通常由实际情况测得，障碍物越多，n越大；X是平均值为零障碍物高斯随机变量，其单位也为dBm，表示当距离d不变时，母机接收到能量的改变，该值在实际应用中经常省略。d0取1m时，相距的距离d可算得。如图1，图2所示。

3 总体方案

主机报警包括低电压报警和超出距离报警，在主机距离参数设置完成后，主机中CC2530芯片周期性的启动无线发射电路系统发送预设数据信息，并读取其返回的状态，经读取、比较、处理后，向报警电路部分发送指令，以此来监测电池电压是否是低电压状态或子机是否超出预设距离，子机首先作为接受模块，接收发射模块的数据包；当超出预定时间没有接收到数据包后，子机能够主动向主机发送位置信息。经过这样的配置与发射过程，能够保证子机与主机之间的实时通信。

4 结语

经过测试可以得出以下结论：人流量、车流量、建筑物及温湿度等参数对路径损耗指数n有影响，进而影响测距的准确性，预设距离越远，误差越大；其他条件一定时，障碍物越多，误差越大。

子母机之间的相对运动对他们之间的连接稳定性影响不大，主要是因为信号的传输速度接近光速，远远大于子母机间相对移动的速度。

其他形式的电磁干扰对子母机间信号的传播基本上无干扰，无影响。

对比传统的蓝牙与GPS技术，不仅在成本与设备的体积方面能够降低，而且基于Zigbee技术设计的防丢失器能够在最小的功耗的情况下保证通信质量和距离信息的准确性。在越来越普及的穿戴式设备和智能家居设备上，Zigbee兼容性也很好，能够很好的满足未来家居生活的要求，有较好的应用前景。

参考文献

[1]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005：283.

[2]孙雨耕，张静，孙永进，等.无线自组传感器网络[J].传感技术学报，2004，6（2）：331.

[3]余新康，陈国安，张国华.基于Zigbee技术的煤矿井下无线网络系统[J].矿山机械，2006，34（11）：32.

[4]孙学斌，周正.无线传感网中目标定位算法的研究[J].计算机工程与应用，2004，40（3）：132.

[5]宋保业，徐琳.带定位引擎的射频芯片CC2431[J].新器件新技术，2007（11）：44246.

[6]董挺挺，沙超，王汝传.基于CC2420的无线传感器网络节点的设计[J].电子工程师，2007，33（4）：67.endprint