基于北斗和ZigBee的森林環境監測系統研究

于泓博　賈煬　王治良

【摘 要】針對目前森林環境質量監測系統大多操作復雜及不能遠距離報警的弊端。因此，設計了基于無線傳感器網絡模塊的森林環境監測系統。此系統可以在遠距離的狀況下自動完成組網，實現對土壤的溫度、濕度和煙霧空氣指標的監測功能；系統中采集端主控模塊主要完成對多種類傳感器采集的信息，并進行顯示與參數的設置，設計中采用數字式溫濕度傳感器采集空氣中的監測對象，空氣指標數據通過每個子模塊中的無線傳感器網絡路由及終端節點，其中包括傳感器組成的無線局域網進行數據的傳輸，所有信息匯總后由無線傳感器網絡協調節點模塊整理后由顯示屏實時顯示，從而實現遠程對森林環境中的空氣、土壤質量監控的目的。

【關鍵詞】森林環境監測；無線通信網絡模塊；北斗模塊；傳感器模塊

中圖分類號：TP274 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0125-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.060

0 引言

目前無線傳感器網絡技術作為信息科學技術領域的前沿性技術，期中ZigBee網絡的應用范圍非常廣泛，很多我們想象不到的地方也在使用ZigBee技術。我國自行研發的北斗衛星系統正全面的應用于各個行業，當北斗系統與無線網絡系統組合將成為無線傳感網發展的趨勢，具有跨時代的價值和意義。

1 系統網絡總體設計方案

系統網絡主要包括北斗衛星系統和ZigBee網絡。由北斗UM220-III N雙系統高性能GNSS模塊與ZigBee網絡組成的監測系統框架如圖1所示。ZigBee網絡主要由協調器節點、路由節點與終端節點組成。結合此系統的具體使用環境場合，可以多種形式組網，協調器節點將作為網絡系統的主要節點，完成對網絡的建立與管理、環境數據收集管理及連接北斗終端發送數據。其他路由、支路節點與終端節點負責環境數據采集并發送數據至協調器節點節點。

2 系統硬件設計方案

系統硬件終端主要包括空氣煙霧檢測模塊、土壤濕度檢測模塊、水溫檢測模塊、Zigbee網絡模塊、ARM主控模塊和GSM通信模塊五部分。森林監測Zigbee網絡系統組網框架如圖2所示，協調器節點將作為網絡主節點負責網絡建立與管理、環境數據收集管理及連接北斗終端發送數據。

2.1 ZigBee模塊核心接口電路設計

選擇CC2530作為主節點的處理器，該芯片是全球首款支持ZigBee協議的片上系統（SOC）解決方案，集成了一個8051MCU 內核以及符合IEEE802.15.4 規范的2.4GHz 的無線收發器。芯片內部有8kb 的RAM，可選32/64/128kB的Flash 存儲單元。ZigBee 主節點的硬件電路如如圖3 所示。

傳感器模塊包括土壤濕度監測模塊、空氣煙霧監測模塊、水溫度監測模塊三個傳感器模塊組成，分別接在圖3的12、13、14管腳上。

2.2 土壤濕度監測模塊接口電路設計

本設計采用土壤濕度傳感器YL-69，以及相關的外圍電路組成的簡易濕度檢測系統，傳感器得到的土壤濕度信號，經電路轉換為電信號，然后送到顯示部分進行顯示。實踐證明該溫濕度測量儀具有測量精度高、通用性強等特點，具有一定的實用價值。

3 系統軟件總體設計方案

系統軟件中主要內容是把1-100的號分配給終端節點，并根據終端節點的個數則其地址編號分別設為1號、2號…；101-200的號分配給路由節點，地址編碼的設置與前面相類似；協調器節點的地址設為0xFF。終端傳感器節點每一次采集處理數據時都會向網絡里每個路由器節點發送一次.如圖5所示。

4 總結

本文采用北斗衛星模塊、傳感器模塊，ZigBee無線網絡模塊完成對森林進行檢測，提出了完整的設計方案和設計方法，與傳統的監測方法比較，具有實時和布網方便等特別，特別采用了我國自行研制的北斗系統，更具有實用價值。

【參考文獻】

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