基于ZigBee的森林防火監測系統的設計

（湖南工商大學，湖南長沙市，410000）黃 和 吳望龍 葉紫妮 張 慧 何 靜

本森林防火監測系統中將ZigBee這一通信技術引入進來，從而建立了一個基于ZigBee無線傳感網絡技術的森林防火監測系統。該系統在森林中人工來散布節點,這些節點又通過自組織方式構成無線網絡,以協作的方式感知、采集和處理網絡覆蓋區域中所需要的信息,將有關被測量的參數實時的發送給計算機，而這些計算機處于監測中心中,可以集中對測量的信息數據進行分析和處理，并和該地區正常的氣候數據進行對比分析,由此就可以判斷森林火災是否具有發生的條件和可能，并且為有關的部門采取相應的決策,進行防火和滅火提供了充分依據。

1 國內外研究現狀和發展動態

從國內來看，我國當前大部分氣象部門所發布的森林火災險情預報，以及些許地方發布的森林火災險情預報都存在具體位置定位較抽象、時效性偏低等問題,對于實際的森林防火而言不是特別理想。從全球的角度看，當今世界上所存在的諸如加拿大通過衛星來巡回監測的森林防火系統；美國常用的護林飛機；或是我國的365森林防火系統，都存在消耗費用高這一個共同的不足之處，要將其推廣用于森林防火不太現實。從整體角度來看,將ZigBee無線網絡技術設計成傳感網絡，就能較好的綜合解決這些問題。

2 系統軟件的設計

軟件部分采用模塊化設計，主要包括上位機軟件程序、ZigBee協調器傳輸、ZigBee網關傳輸、ZigBee終端節點檢測傳輸四大模塊。如圖1所示。

圖1 軟件分塊

2.1 上位機軟件程序設計

上位機軟件程序的設計，首先要上電進行初始化，接著要設置為相關的通信做好準備，要選擇合適的信道，判斷是否有新的終端節點要加入進來，或者負責傳輸的信息是否刪除了終端節點。在接受到信息后，要發送一個確認的信號，即為終端節點已經收到了信息。然后系統就可以進入休眠狀態。如果所有節點的設置狀態需要改變的話，可以向終端發送對應的指令，這樣就可以改變系統的工作狀態，而節點在收到信息后會進行改變，其中包括節點會刪除設置信息，完成這一系列操作后系統會進入休眠狀態。

2.2 ZigBee協調器傳輸程序

本設計中協調器的功能是負責建立一個全新的網絡，讓終端的設備或者路由器并入到整體網絡中并接收傳輸過來的溫濕度數據，再將這些數據通過串口傳送給上位機。

2.3 ZigBee網關傳輸程序

網關的功能是當終端的節點不能和協調器進行雙向通信時，可將數據傳輸到網關，利用網關再將數據傳輸到協調器進行處理。

2.4 ZigBee終端節點檢測傳輸程序

本設計中終端設備的功能是控制DHT11溫濕度傳感器測量當前環境的溫濕度的數據，煙霧傳感器測量得到煙霧的濃度，所有的節點加入網絡后將所測所有數據通過路由器傳輸給協調器。

3 硬件電路總體設計

基于ZigBee的森林防火監測系統的基本工作原理為：散布在森林中的各個終端節點負責完成數據的采集，主要采集溫濕度及煙霧濃度等數據。之后各終端設備通過路由器將所采集數據傳輸至協調器節點，協調器與上位機直接通信，通過串口將數據傳送給上位機，上位機收到數據后進行軟件分析處理并作出決策。

該系統的基本工作原理圖如圖2所示，系統主要由四部分組成，分別為終端節點、路由器節點、協調節點與上位機。本系統使用ZigBee協議來組建通信網絡，通過CC2530單片機和CC2591射頻前端來組建終端節點，采集信號的處理及數據傳輸由CC2530完成，通過射頻前端來擴大數據的傳輸范圍。協調器的功能為收集節點數據，并通過串口與相連的上位機進行串行通信，將所采集到的監控信息傳送給上位機。

圖2 系統基本工作原理圖

4 結語

要想把森林火災控制住，不僅需要依靠人為手段，同時還要依靠科技手段，兩者結合能產生更好的效果。本設計將ZigBee這一無線傳感網絡技術引入到森林防火監測中來，建立森林防火監測系統。無線傳感器網絡需要在森林中由人工散布節點,這些節點通過自組織方式構成無線網絡,以協作的方式感知、采集和處理網絡覆蓋區域中所需要的信息,可以實現對任意地點信息在任意時間的采集、處理、傳輸與分析。