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摘 要：本文设计了一套基于ZigBee技术的精神病人实时定位系统，结合现代传感器技术，构建一个基于ZigBee技术的无线传感网络，通过系统硬件方面的参考节点（CC2530）和定位节点（CC2531）把病人的位置坐标传到网关上，网关使用定位算法计算后将实时定位信息传到上位机的监控软件上，实现对精神病医院中病人的追踪定位和活动监控，极大提高精神病院的信息化管理水平。
关键词：精神病人；实时定位系统；ZigBee技术
中图分类号：TP399 文献标识码：A
Abstract：This paper devises a real-time location system for mental patients based on ZigBee Technology.Combined with modern sensor technology，a wireless sensor network is constructed based on ZigBee Technology.Through the reference node（CC2530）and the blind node（CC2531），the location information of patients is uploaded to the gateway.After calculation through location algorithm，the gateway transfers the real-time location information onto the monitoring software in the upper computer，which implements the location tracking and activity monitoring to mental patients in hospitals.This system can greatly improve the information management level in mental hospitals.
Keywords：mental patien；the real-time location system；ZigBee technology
1 引言（Introduction）
随着现代社会生活节奏的加快和竞争的日益加剧，使得人们的心理负荷不断增加，心理问题、精神疾患俨然成为一个日益突出的社会问题。而与精神病患者不断增加、精神病人肇事肇祸现象日益突出不相适应的是，我国精神病医院对精神病人的监控救治和管理都处于较低水平。由于精神病人的特殊性，精神病医院不能像常规医院那样来管理病人，如何利用信息化手段加强对精神病人的服务和管理，如何自动识别、定位和跟踪精神病人，已成为精神病医院在管理中一项重要任务。
新兴的物联网技术在解决精神病人定位管理上有着得天独厚的优势[1]。ZigBee[2]是一种构建于IEEE802.15.4标准之上的新兴的短距离、低功耗、低成本、高可靠性的双向微功率网格式无线接入技术，主要用于近距离无线连接，可以嵌入各种设备中，适用于室内定位。在国外，无线通信技术在医疗领域的跟踪治疗、移动观察、个人保健、病人数据收集、医疗垃圾跟踪和短信沟通等方面得到了新的应用。
2 系统方案（System scheme）
2.1 系统体系结构设计
本系统是基于ZigBee的精神病人监护系统，通过硬件方面的参考节点（CC2530）[3]和佩戴精神病人手腕上的腕带（定位节点CC2531）把病人的位置坐标传到网关上，网关使用定位算法计算，并将实时定位信息传到上位机。上位机软件部分通过处理位置信息使用电子地图来描绘出病人的活动轨迹，从而实现对病人的实时监护，并具有历史路线信息回放功能、越界报警及禁区闯入报警等功能。除定位功能外，该系统还可对病人信息进行管理。在该系统中软件部分的重点为ZigBee的定位功能的实现，软硬件之间通过端口，以及运行平台的配置、后台数据库的支持，实现节点的定位。
根据该系统的需求，结合ZigBee无线定位网络的技术特点，将精神病人定位系统划分为四个结构层次，即数据采集层、数据存储层、数据管理层和信息表示层。该系统的体系结构如图1所示。
2.2 系统硬件设计
系统采用TI公司开发的CC2531和CC2530芯片来实现ZigBee通信及跟踪定位功能，其定位精度小于3m，定位时间小于40μs，远远高于GPS的定位精度，可以对监护范围内的病人实现较精准的定位。
基于ZigBee网络的定位跟踪系统主要由四部分组成：（1）主机：采用普通的PC，连接网关，可以实现对监控系统的工作调度。（2）参考节点（Reference node）：参考节点固定安装在需要无线信号覆盖的区域，采集定位节点的信号，集中上传给网关节点，芯片为CC2530模块。（3）定位节点（Blind node盲节点）：可在参考节点包围的区域内任意移动，定位节点通过接收定位区域内所有参考节点的RSSI值后，经过定位算法来计算其坐标位置。定为节点必须由CC2531芯片实现，本系统中的定位节点分为两种：病人和医生佩戴的腕带标签。（4）网关节点：网关的作用是用来组建一个ZigBee WSN网络并充当协调器，并通过它为桥梁连接计算机，与计算机之间实现通讯，一个ZigBee网络中只允许有一个网关。网关用一个CC2530模块和一块底板组成，在系统中默认的网关模块为有绿色标记的模块在医院的监控中心内，核心模块为CC2530芯片负责进行数据处理，增加了网络扩展模块，它要实现组建无线定位网络并实现数据的无线收发功能，它是系统中至关重要的模块，一方面网关接收由监控软件提供的各个参考节点和定位节点的配置数据并根据不同的方式发送给相应的节点，另一方面还接收每个节点的反馈数据判断数据的有效性并传输给监控中心。系统原理图如图2所示。
关键词：精神病人；实时定位系统；ZigBee技术
中图分类号：TP399 文献标识码：A
Abstract：This paper devises a real-time location system for mental patients based on ZigBee Technology.Combined with modern sensor technology，a wireless sensor network is constructed based on ZigBee Technology.Through the reference node（CC2530）and the blind node（CC2531），the location information of patients is uploaded to the gateway.After calculation through location algorithm，the gateway transfers the real-time location information onto the monitoring software in the upper computer，which implements the location tracking and activity monitoring to mental patients in hospitals.This system can greatly improve the information management level in mental hospitals.
Keywords：mental patien；the real-time location system；ZigBee technology
1 引言（Introduction）
随着现代社会生活节奏的加快和竞争的日益加剧，使得人们的心理负荷不断增加，心理问题、精神疾患俨然成为一个日益突出的社会问题。而与精神病患者不断增加、精神病人肇事肇祸现象日益突出不相适应的是，我国精神病医院对精神病人的监控救治和管理都处于较低水平。由于精神病人的特殊性，精神病医院不能像常规医院那样来管理病人，如何利用信息化手段加强对精神病人的服务和管理，如何自动识别、定位和跟踪精神病人，已成为精神病医院在管理中一项重要任务。
新兴的物联网技术在解决精神病人定位管理上有着得天独厚的优势[1]。ZigBee[2]是一种构建于IEEE802.15.4标准之上的新兴的短距离、低功耗、低成本、高可靠性的双向微功率网格式无线接入技术，主要用于近距离无线连接，可以嵌入各种设备中，适用于室内定位。在国外，无线通信技术在医疗领域的跟踪治疗、移动观察、个人保健、病人数据收集、医疗垃圾跟踪和短信沟通等方面得到了新的应用。
2 系统方案（System scheme）
2.1 系统体系结构设计
本系统是基于ZigBee的精神病人监护系统，通过硬件方面的参考节点（CC2530）[3]和佩戴精神病人手腕上的腕带（定位节点CC2531）把病人的位置坐标传到网关上，网关使用定位算法计算，并将实时定位信息传到上位机。上位机软件部分通过处理位置信息使用电子地图来描绘出病人的活动轨迹，从而实现对病人的实时监护，并具有历史路线信息回放功能、越界报警及禁区闯入报警等功能。除定位功能外，该系统还可对病人信息进行管理。在该系统中软件部分的重点为ZigBee的定位功能的实现，软硬件之间通过端口，以及运行平台的配置、后台数据库的支持，实现节点的定位。
根据该系统的需求，结合ZigBee无线定位网络的技术特点，将精神病人定位系统划分为四个结构层次，即数据采集层、数据存储层、数据管理层和信息表示层。该系统的体系结构如图1所示。
2.2 系统硬件设计
系统采用TI公司开发的CC2531和CC2530芯片来实现ZigBee通信及跟踪定位功能，其定位精度小于3m，定位时间小于40μs，远远高于GPS的定位精度，可以对监护范围内的病人实现较精准的定位。
基于ZigBee网络的定位跟踪系统主要由四部分组成：（1）主机：采用普通的PC，连接网关，可以实现对监控系统的工作调度。（2）参考节点（Reference node）：参考节点固定安装在需要无线信号覆盖的区域，采集定位节点的信号，集中上传给网关节点，芯片为CC2530模块。（3）定位节点（Blind node盲节点）：可在参考节点包围的区域内任意移动，定位节点通过接收定位区域内所有参考节点的RSSI值后，经过定位算法来计算其坐标位置。定为节点必须由CC2531芯片实现，本系统中的定位节点分为两种：病人和医生佩戴的腕带标签。（4）网关节点：网关的作用是用来组建一个ZigBee WSN网络并充当协调器，并通过它为桥梁连接计算机，与计算机之间实现通讯，一个ZigBee网络中只允许有一个网关。网关用一个CC2530模块和一块底板组成，在系统中默认的网关模块为有绿色标记的模块在医院的监控中心内，核心模块为CC2530芯片负责进行数据处理，增加了网络扩展模块，它要实现组建无线定位网络并实现数据的无线收发功能，它是系统中至关重要的模块，一方面网关接收由监控软件提供的各个参考节点和定位节点的配置数据并根据不同的方式发送给相应的节点，另一方面还接收每个节点的反馈数据判断数据的有效性并传输给监控中心。系统原理图如图2所示。