CN105279883A - 一种森林火灾预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种森林火灾预警系统。系统使用ZigBee技术构建一个无线通信网络，该网络主要由终端节点、协调节点和发送节点构成。数字传感器采集的环境参数主要有温度、相对湿度、光照强度等，把各个不同功能的节点按要求散布在森林中采集现场环境参数，采集的数据经处理后通过无线通信网络发送至监测端和服务器控制端。该系统采用射频芯片CC2431作为传感器网络节点，中心节点和GPRS模块DTP-S05Ci相连，借助移动通信网络将终端节点采集到的数据转发到手机终端或互联网中的服务器，实现了森林火灾移动预警的功能。本系统具有结构精简、技术复杂度低、成本低、实时和准确的特点。

Description

一种森林火灾预警系统

技术领域

本发明专利涉及一种森林火灾预警测量仪，属于电子技术和农业技术应用的领域。

背景技术

森林火灾具有难以预测、危害性大、难于扑救管理等特点。森林资源的珍贵性、森林火灾的普遍性和危害性以及我国森林资源的稀少决定了森林防火的重要性，因此利用最高效精确的技术手段实现森林火灾的自动监测和预警具有重要的意义。

无线传感器网络是由大量散布于监测区域的传感器自组织形成的网络，ZigBee技术是无线传感网的一种，具有很多优点。基于ZigBee的森林火灾移动预警系统，应用ZigBee技术，实现在恶劣环境从火灾因子实时采集、路由传输到无线通信、数据分析处理，移动预警和决策生成。通过无线通信方式将环境参数和预警信息及时发送到手机和互联网中的监测中心服务器，并依据终端节点监测的相对湿度、温度、大气压、烟尘等信息进行综合分析，从而准确快速地做出火灾发生的预警预报，避免或降低森林火灾的发生

本发明将无线传感器网络、GPRS技术应用于林火监测，实现了林区无人值守，达到林区数据的实时监测和移动预警。利用无线网络的自组织功能，方便地增加监测点或调整监测点位置，与国内外同类森林火灾监测系统比较，较大地降低了成本，为我国林火监测研究提供了有益的思路。

发明专利内容

针对目前林火监测技术存在的不足，提出并实现一种基于无线传感器网络、GPRS和J2ME技术的森林火灾远程监测及移动预警系统，给出系统架构及实现方案。实验测试表明，系统性能稳定，节点的灵敏度和网络传输达到理想效果，实现了实时监测和移动预警，对林火监测提供了有益的思路。

针对现有的测量仪器的不足，该系统由ZigBee、无线通信网和Intemet构成。其中ZigBee包括中心节点、协调节点和终端节点，终端节点通过多跳自组的方式与协调节点建立连接后通信，中心节点通过GPRS网络和互联网将数据传送到监控服务器。

将ZigBee技术应用于森林火灾监测领域，通过无线射频芯片CC2431与GPRS模块DTP-S05Ci相结合的方法，使得终端节点采集的环境参数可以实时传送。本系统中涉及的传感器有温湿度传感模块SHT75、光传感模块TSL2550芯片、离子式烟雾传感器NIS-09C、二氧化碳传感器选用B-530。

本发明的信号处理和无线通信电路的核心器件是CC2431芯片，CC2431是TI公司的一颗系统芯片。它能够提高性能并满足无线2.4GHzISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求，而且具有节点定位的功能。它结合一个高性能2.4GHz射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器，并结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块。

CC2431芯片还包含模拟数字转换器、4个定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。CC2431芯片采用0.18μmCMOS工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2431只需少量的外围元器件配合就能实现信号的收发及处理功能。

本发明的温湿度采集电路的核心器件是SHT75芯片，它是瑞士Sensirion推出的一种单芯片传感器，基于领先世界的数字传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，含有已校准的数字信号输出的温湿度复合传感器。其内部包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件，并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路集成在同一芯片上，它可与单片机直接相连，此外，该传感器还具有响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点。且输出为数字信号，抗干扰性优于同类芯片。测量湿度范围为0～100％RH，温度范围为-40～120℃。

光照传感器TSL2550为数字传感器，也挂接在I²C总线上。它具有两个光电探测器，其中一个测得可见光和红外光，另外一个测得红外光。将这两个所测读数相减并数字化，就可得到与人眼所感觉相似的光强度结果。TSL2550内部集成了模数转换器，可以直接将检测的结果转换成串行数字信号输出，简化了硬件设计。

二氧化碳传感器B-530是一款很小、很轻的NDIR技术CO₂传感器模块，使用寿命达到了10年，测量范围为0～10000ppm。

基于ZigBee和GPRS相结合的无线数据传输网络，由封装CC2431和数字传感器的终端节点对森林中的相对湿度、温度、大气压等火灾因子进行实时采集，经每个子网中的中心节点将数据发出，由GPRS模块传送数据到手机或服务器，在服务器中建立自己的数据库，并负责将上传的数据存储到森林火灾预警数据库中，经决策生成软件对数据进行综合分析产生相应的预警和决策。

附图说明

图1是系统结构图。

图2是节点电路原理图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明森林火灾预警测量仪的工作和电路情况。

本发明的设计考虑了低成本、低功耗、微型化和稳定可靠等因素。监测仪系统主要由传感器模块、数据处理模块、无线通信模块和供电模块组成。各种传感器模块负责对土壤环境数据的信息采集，并提供给数据处理单元；由无线通信模块负责进行无线通信，交换信息和存储数据。

本发明将ZigBee络、GPRS、Intemet三种网络有效地结合在一起实现了对森林火灾的监测和预警，在该系统中三者之间实现了信号互传，也实现了移动防火预警，给出了一种针对森林火灾监测的无线传感器网络节点的软硬件设计方案，并给出了硬件的测试结果。无线传感器网络克服了有线传感器网络的局限性，节点具有低成本、低功耗、网络容量大等优点。GPRS模块由于具有永远在线、自由切换、传输速率高、计费灵活便宜等优点而有着极为广泛的应用。

Claims (1)

1.一种森林火灾预警测量仪，其特征是：

1)系统使用ZigBee技术构建一个无线通信网络；

2)该网络主要由终端节点、协调节点和发送节点构成；

3)数字传感器采集的环境参数主要有温度、相对湿度、光照强度和二氧化碳传感器；

4)把各个不同功能的节点按要求散布在森林中采集现场环境参数，采集的数据经处理后通过无线通信网络发送至监测端和服务器控制端；

5)该系统采用射频芯片CC2431作为传感器网络节点，中心节点和GPRS模块DTP-S05Ci相连，借助移动通信网络将终端节点采集到的数据转发到手机终端或互联网中的服务器。