[基于ZigBee技术的老年求助呼叫系统的教育方式] 呼叫系统

基于ZigBee技术的老年求助呼叫系统的教育方式

ZigBee技术简介 ZigBee协议是2001年6月成立的 ZigBee联盟专门为实现家庭及办公室自动化的控制系统、医 疗保健设备及自动化检查系统的通信应用而开发的一种无 线通信标准。与其他无线通讯协议相比，具有低速率、近距 离、短时延、高安全、免执照频段等特点，是以低复杂度、 低成本、低功耗为目标的一种无线通讯协议。老年求助呼叫 系统对数据传输可靠性要求很高，但每次需要传输的数据信 号容量很小，要求呼叫端设备的重量和体积较小，这些应用 要求与ZigBee协议的特点很吻合[1]。

2 系统总体结构设计 ZigBee网络通常由协调器、路由器、终端设备三个节点 构成，每个ZigBee网络需要且只需要一个协调器，用来创建 ZigBee网络，并为最初加入网络的节点分配地址；
路由器节点有转发数据功能，起到路由的作用；
终端设备节点之间， 只能与协调器节点通信，通常只周期性地发送数据[2]。本 系统用于家庭网络，研究表明，一般家庭面积25*25 m2内， ZigBee在此范围的通讯误包率基本为零[3]，因此不设 ZigBee路由节点。本系统由一个协调器节点和五个终端设备 节点形成一个星型网络拓扑结构。

3 系统硬件及软件设计 系统硬件设计 1）中央处理器模块。本研究选用德州仪器的CC2530 F256 集成芯片，该芯片集成了增强型8051微控制内核与的2.4 GHz 的RF收发器，具有256 K的内存，系统内包括可编程闪存、8 KB RAM、A/D转换器以及许多其他功能。同时具有网络节点 功能强大、唤醒与休眠工作模式多样、材料成本低廉的特点， 使得它更适应超低功耗要求的系统[2]。本系统节点主要由 CC2530片上系统接收发射模块、电源模块、下载接口模块（同 时兼顾仿真接口）、发光二极管显示模块和独立按键模块等 组成[6]。同时结合该公司开发的ZigBee协议栈（Z-Stack） 为用户提供了一个较好的ZigBee应用解决方案，可在此协议 栈基础上开发特定应用场合下的应用程序。选用CC2530，可 相对简化并降低硬件系统的设计难度。

2）协调器设计。网络协调器是ZigBee簇状网内各节点 通信的核心，在网络建立之初，每个网络有且仅有一个协调 器节点，主要负责网络的发起、参数的设定、信息的管理及维护。根据所选择的微处理器，硬件总体设计方案如图2所 示。协调器节点主要由处理器模块、射频模块、电源管理模 块、复位电路、蜂鸣器、IDC10下载器插槽、串口等各外部 接口等组成。因协调器要根据需要不停地查询网络中的信息， 因此要外接稳定的电源，在终端的电源模块基础上增加了外 部稳压源接口。CC2530芯片作为射频模块，用于数据处理、 接收和发射信号；
蜂鸣器和LED指示灯分别用于声、光报警。

3）呼叫器和应答器设计。呼叫器和应答器均为无线可 移动设备，由电池供电。其电路框图如图3、图4所示。CC2530 芯片作为射频模块，用于数据处理、接收和发射信号；
呼叫 器的按键1、按键2可根据需要设置成不同需求的按键，如“卫 生”“服药”等，LED指示灯用于报警提示。

系统软件设计 系统由1个协调器、1个呼叫器和4个应答 器共6个节点组成一个星型网络，由于本文使用TI公司的 CC2530芯片进行硬件设计，故在软件设计时采用了与之配套 的，同为TI公司的Z-Stack协议栈，开发环境选用IAR7.60， TI Z-STACK协议栈可方便地组建自己的无线通信网络。在 ZigBee协议栈中，已经实现了协调器、路由器以及呼叫器的 程序，在此基础上，根据无线呼叫系统的硬件设备的实际情 况，用IAR Embedded Workbench软件开发工具编写相应的应 用程序并进行调试，最终下载到芯片上加以实现。

1）协调器。协调器的工作流程如图5所示。协调器上电 后，首先进行设备初始化，包括硬件电路初始化、寄存器初始化、协议栈初始化、操作系统初始化。然后进入执行操作 系统，进入无限循环的任务执行程序中。系统定义了 “UARTGetchar（）”函数，负责接收呼叫终端发送过来的 字符，ZigBee将接收到的字符传给此函数。

本项目定义一个变量，通过if语句来判断老人是否发 送了请求。当条件满足后，才会执行控制函数，从而控制协 调器上LED警示灯闪烁[7]。

2）呼叫器与应答器。作为ZigBee网络终端节点的呼叫 器、应答器的初始化过程与协调器基本类似。如图6所示， 呼叫节点首先进行系统初始化，然后加入网络，进入休眠模 式；
当有呼叫请求时，按键中断唤醒，把请求信息发送给协 调器。在CC2530开发板本身设计的3个按键中任选一个按键， 定义“key_get（）”函数，用来判断按键是否被按下，若 按下了，则通过“uart_puts（）”函数把设定好的字符通 过UART串口给发送出去。与此同时，执行“BuzzerSound（）” 求助警铃函数，通过定时器来控制声音。在接收到控制命令 数据后，发送数据到协调器，若发送不成功，将延迟1 s后 重发。

如图7所示，应答器工作流程与呼叫器基本一致，不再 赘述。

测试结果 通过抗干扰能力测试，ZigBee通信网络数据 传输可靠性高，基本不受家庭中各种家用设备的干扰[3]， 在普通的家庭环境中误包率基本为零。4 结束语 本文利用ZigBee自组网络技术，采用CC2530作为射频收 发芯片，设计了老年呼叫系统，创新点在于呼叫器可根据老 人不同需求发出不同信号。老人求助终端不仅适用于家里的 老人，其他因伤、病、残等原因造成行动不便而需要被人照 顾饮食、卫生、就医等病人也可使用该功能。系统能耗低， 价格便宜，有较好的市场应用前景。

参考文献 [2]蔡丽婷，陈平华，罗彬，等.基于CC2530的ZigBee数 据采集系统设计[J].计算机技术与发展，2012（11）：
197-200. [3]赵锦萌，吴效明，张莉莉.面向家庭的ZigBee医疗监 护网络研究[J].计算机测量与控制，2012，20（3）：780-783. [4]邹劼，陈盛云.一种基于ZigBee技术的病房无线呼叫 系统的研究与设计[J].郑州轻工业学院学报：自然科学版， 2011（12）：95-98. [5]翁慧，郭裕顺.基于ZigBee技术的无线呼叫系统设计 [J].杭州电子科技大学学报，2009（6）：40-43. [6]刘毅力，焦尚彬.基于CC2530无线传感网络系统的设 计[J].现代电子技术，2013（2）：43-46. [7]罗回彬，钟伟洲.基于ZigBee技术的门铃及老人求助 系统[J].单板机与嵌入式应用，2012（4）：73-74.