基于Zigbee技術的兒童防丟失裝置

劉永+朱元培+高小勤

摘要：針對當前兒童易走失的現(xiàn)狀，以及目前市場上基于GPS定位技術構建跟蹤裝置的局限性，本文設計出一種采用Zigbee技術的防丟失裝置。在小區(qū)、游樂場等小范圍活動區(qū)域內，對兒童的相對位置進行動態(tài)監(jiān)測，確定其運動范圍，在其即將脫離監(jiān)控范圍時及時報警提示。本裝置體積小、耗電少，能在復雜環(huán)境下使用。

關鍵詞：防丟失裝置；單片機；Zigbee技術；RSSI

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0117-01

1 引言

隨著社會的進步，現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們帶孩子外出的機會也越來越多，另外由于拐賣兒童犯罪分子的猖獗，兒童的安全成為一個亟待解決的問題。目前，市場上比較先進的防走失裝置大部分是基于GPS定位技術，其成本高、功耗大，攜帶不方便。本文提出一種基于Zigbee技術的無線防走失跟蹤裝置，對于在游樂場、小區(qū)住所等小范圍內，通過該裝置可以判斷該兒童的當前所在位置。當出現(xiàn)異常情況能及時報警提醒，達到主動防丟失的效果。

2 無線傳感器網絡和Zigbee技術

Zigbee技術是一種新興的低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本、高可靠性的短距離無線網絡技術，它工作于無需注冊的2.4GHz頻段，傳輸速率為10～250kb/s，傳輸距離為10～75米，擴展后可達幾百米，甚至幾千米，利用Zigbee技術可以組成一個龐大而有效的無線數(shù)據(jù)網絡傳輸平臺。更重要的是采用CC2530芯片內部的RSSI（即是接收信號強度顯示），由于信號強度或信號幅值有隨著相對距離的增加而有所減弱的特點，所以可以對接受的信號進行檢測，進而計算出信號點與接收點之間的的距離，這正是目前無線傳感網絡中所采用的技術及算法。

其原理是：

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

上式中的p（d）是當母機與子機之間的距離為d時，母機所接收到子機的信號強度值；p（d0）為距離子機為d0時，母機接收到的信號功率；d0為根據(jù)實際應用的情況來選的參考距離，為了減少計算量，節(jié)省時間，d0通常取1m；n為路徑損耗指數(shù)（Pass Loss），它通常由實際情況測得，障礙物越多，n越大；X是平均值為零障礙物高斯隨機變量，其單位也為dBm，表示當距離d不變時，母機接收到能量的改變，該值在實際應用中經常省略。d0取1m時，相距的距離d可算得。如圖1，圖2所示。

3 總體方案

主機報警包括低電壓報警和超出距離報警，在主機距離參數(shù)設置完成后，主機中CC2530芯片周期性的啟動無線發(fā)射電路系統(tǒng)發(fā)送預設數(shù)據(jù)信息，并讀取其返回的狀態(tài)，經讀取、比較、處理后，向報警電路部分發(fā)送指令，以此來監(jiān)測電池電壓是否是低電壓狀態(tài)或子機是否超出預設距離，子機首先作為接受模塊，接收發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)包；當超出預定時間沒有接收到數(shù)據(jù)包后，子機能夠主動向主機發(fā)送位置信息。經過這樣的配置與發(fā)射過程，能夠保證子機與主機之間的實時通信。

4 結語

經過測試可以得出以下結論：人流量、車流量、建筑物及溫濕度等參數(shù)對路徑損耗指數(shù)n有影響，進而影響測距的準確性，預設距離越遠，誤差越大；其他條件一定時，障礙物越多，誤差越大。

子母機之間的相對運動對他們之間的連接穩(wěn)定性影響不大，主要是因為信號的傳輸速度接近光速，遠遠大于子母機間相對移動的速度。

其他形式的電磁干擾對子母機間信號的傳播基本上無干擾，無影響。

對比傳統(tǒng)的藍牙與GPS技術，不僅在成本與設備的體積方面能夠降低，而且基于Zigbee技術設計的防丟失器能夠在最小的功耗的情況下保證通信質量和距離信息的準確性。在越來越普及的穿戴式設備和智能家居設備上，Zigbee兼容性也很好，能夠很好的滿足未來家居生活的要求，有較好的應用前景。

參考文獻

[1]孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，2005：283.

[2]孫雨耕，張靜，孫永進，等.無線自組傳感器網絡[J].傳感技術學報，2004，6（2）：331.

[3]余新康，陳國安，張國華.基于Zigbee技術的煤礦井下無線網絡系統(tǒng)[J].礦山機械，2006，34（11）：32.

[4]孫學斌，周正.無線傳感網中目標定位算法的研究[J].計算機工程與應用，2004，40（3）：132.

[5]宋保業(yè)，徐琳.帶定位引擎的射頻芯片CC2431[J].新器件新技術，2007（11）：44246.

[6]董挺挺，沙超，王汝傳.基于CC2420的無線傳感器網絡節(jié)點的設計[J].電子工程師，2007，33（4）：67.endprint