基于ZigBee技術的牧場火情監控系統設計研究

摘要 設計了一種將ZigBee技術引入到牧場火情監測系統中的方案，構建一個基于ZigBee無線傳感器網絡的牧場火情實時監測系統。該系統可以實時監測牧場的相關參數，如空氣濕度、溫度及牧場的煙霧濃度變化情況等，為牧場防火滅火提供信息支持。研究了ZigBee無線傳感器網絡節點的電路設計、節點信息的采集、數據融合、傳輸以及傳感器網絡的有效拓撲結構。

關鍵詞 ZigBee；火情監測；牧場

中圖分類號 S126；TP368.1；TP212 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05689-02

Abstract A solution that introduced ZigBee technology into the pasture fire monitoring system was designed， the realtime monitoring system based on ZigBee wireless sensor network was constructed. The system can realtime monitor the relevant parameters of pasture， such as air humidity， temperature and smoke concentration changes， which will provide information support for the ranch fire prevention. The circuit design of ZigBee wireless sensor network node， the node information collection， data fusion， transmission， and effective topology structure of sensor network were studied.

Key words ZigBee； Forest fire monitoring； Pasture

牧場資源豐富，每年春秋季節正是天氣干燥牧場火災易發的時期，火災發生頻繁給牧民帶來巨大的人員傷亡和經濟損失。傳統的火險預報基本上是根據衛星遙感進行監測，但是不能實時地反映被監測區域的火險等級。該設計采用傳感器技術對牧場火險的相關關鍵信息進行自動化實時采集，進而進行及時處理，將牧場火災的事故發生率降至最低。

鑒于現在國內科技水平的成果，該設計基于ZigBee來實現對牧場火情的實時監測。它具有低功耗、低成本的優點。由于ZigBee是一種無線組網通訊技術[1]，無需進行線纜鋪設，因而只需定點安放固定的節點，就可以實現數據的收集和處理，大大節約建設成本。

1 系統結構

系統監測分站采集各種傳感器的數據，通過ZigBee無線網絡傳送給監測中心，可作為ZigBee網絡中的路由器或RFID。ZigBee無線數據傳輸系統網絡節點的硬件部分主要由微處理器模塊、無線通訊模塊、數據采集模塊等模塊組成，如圖1所示。

1.1 CC2430射頻模塊設計

CC2430[2]在單個芯片上整合了微控制器、ZigBee 射頻（RF）前端和內存。它使用1個8位MCU（8051）、內置8 kB的RAM和128 kB可編程閃存，還包含模擬數字轉換器（ADC）、定時器（Timer）、AES128協同處理器、21個可編程I/O引腳等電路。CC2430采用0.18 μm CMOS工藝生產；在發射和接收模式下，電流損耗分別低于27或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命較長的應用。

1.2 傳感器模塊

溫度和濕度的測量采用DHT11數字化溫度濕度傳感器。此傳感器可以同時測量溫度和濕度，將信號數字化輸出給處理器模塊，接口簡單，體積小，功耗低。

煙霧的測量采用MQ2型煙霧傳感器模塊。此傳感器具有成本低、壽命長、靈敏度高等特點。

參考文獻

[1]呂鑫，王忠.ZigBee無線數據傳輸模塊的設計與實現[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2010（7）：29-32.

[2] 王瑋，樊則賓.基于CC2430的無線溫度檢測終端的設計[J].電子工程師，2007（8）：83-85.

[3] 房好帥，李楠，王慧娟.基于ARM與ZigBee的嵌入式無線傳感器網絡網關的設計[J].北華航天工業學院學報，201（3）：27-30.