劉永+朱元培+高小勤

摘要：針對(duì)當(dāng)前兒童易走失的現(xiàn)狀，以及目前市場(chǎng)上基于GPS定位技術(shù)構(gòu)建跟蹤裝置的局限性，本文設(shè)計(jì)出一種采用Zigbee技術(shù)的防丟失裝置。在小區(qū)、游樂場(chǎng)等小范圍活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，對(duì)兒童的相對(duì)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確定其運(yùn)動(dòng)范圍，在其即將脫離監(jiān)控范圍時(shí)及時(shí)報(bào)警提示。本裝置體積小、耗電少，能在復(fù)雜環(huán)境下使用。

關(guān)鍵詞：防丟失裝置；單片機(jī)；Zigbee技術(shù)；RSSI

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0117-01

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，人們帶孩子外出的機(jī)會(huì)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(gè)亟待解決的問題。目前，市場(chǎng)上比較先進(jìn)的防走失裝置大部分是基于GPS定位技術(shù)，其成本高、功耗大，攜帶不方便。本文提出一種基于Zigbee技術(shù)的無線防走失跟蹤裝置，對(duì)于在游樂場(chǎng)、小區(qū)住所等小范圍內(nèi)，通過該裝置可以判斷該兒童的當(dāng)前所在位置。當(dāng)出現(xiàn)異常情況能及時(shí)報(bào)警提醒，達(dá)到主動(dòng)防丟失的效果。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它工作于無需注冊(cè)的2.4GHz頻段，傳輸速率為10～250kb/s，傳輸距離為10～75米，擴(kuò)展后可達(dá)幾百米，甚至幾千米，利用Zigbee技術(shù)可以組成一個(gè)龐大而有效的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)。更重要的是采用CC2530芯片內(nèi)部的RSSI（即是接收信號(hào)強(qiáng)度顯示），由于信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)幅值有隨著相對(duì)距離的增加而有所減弱的特點(diǎn)，所以可以對(duì)接受的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而計(jì)算出信號(hào)點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的的距離，這正是目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)中所采用的技術(shù)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(dāng)母機(jī)與子機(jī)之間的距離為d時(shí)，母機(jī)所接收到子機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度值；p（d0）為距離子機(jī)為d0時(shí)，母機(jī)接收到的信號(hào)功率；d0為根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況來選的參考距離，為了減少計(jì)算量，節(jié)省時(shí)間，d0通常取1m；n為路徑損耗指數(shù)（Pass Loss），它通常由實(shí)際情況測(cè)得，障礙物越多，n越大；X是平均值為零障礙物高斯隨機(jī)變量，其單位也為dBm，表示當(dāng)距離d不變時(shí)，母機(jī)接收到能量的改變，該值在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常省略。d0取1m時(shí)，相距的距離d可算得。如圖1，圖2所示。

3 總體方案

主機(jī)報(bào)警包括低電壓報(bào)警和超出距離報(bào)警，在主機(jī)距離參數(shù)設(shè)置完成后，主機(jī)中CC2530芯片周期性的啟動(dòng)無線發(fā)射電路系統(tǒng)發(fā)送預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)信息，并讀取其返回的狀態(tài)，經(jīng)讀取、比較、處理后，向報(bào)警電路部分發(fā)送指令，以此來監(jiān)測(cè)電池電壓是否是低電壓狀態(tài)或子機(jī)是否超出預(yù)設(shè)距離，子機(jī)首先作為接受模塊，接收發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)包；當(dāng)超出預(yù)定時(shí)間沒有接收到數(shù)據(jù)包后，子機(jī)能夠主動(dòng)向主機(jī)發(fā)送位置信息。經(jīng)過這樣的配置與發(fā)射過程，能夠保證子機(jī)與主機(jī)之間的實(shí)時(shí)通信。

4 結(jié)語

經(jīng)過測(cè)試可以得出以下結(jié)論：人流量、車流量、建筑物及溫濕度等參數(shù)對(duì)路徑損耗指數(shù)n有影響，進(jìn)而影響測(cè)距的準(zhǔn)確性，預(yù)設(shè)距離越遠(yuǎn)，誤差越大；其他條件一定時(shí)，障礙物越多，誤差越大。

子母機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)他們之間的連接穩(wěn)定性影響不大，主要是因?yàn)樾盘?hào)的傳輸速度接近光速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于子母機(jī)間相對(duì)移動(dòng)的速度。

其他形式的電磁干擾對(duì)子母機(jī)間信號(hào)的傳播基本上無干擾，無影響。

對(duì)比傳統(tǒng)的藍(lán)牙與GPS技術(shù)，不僅在成本與設(shè)備的體積方面能夠降低，而且基于Zigbee技術(shù)設(shè)計(jì)的防丟失器能夠在最小的功耗的情況下保證通信質(zhì)量和距離信息的準(zhǔn)確性。在越來越普及的穿戴式設(shè)備和智能家居設(shè)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(yīng)用前景。

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