CN105704244A - 基于移动通讯的森林安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及森林安全监测技术领域，具体地说，是一种基于移动通讯的森林安全监测系统，包括设于森林的多个监测子站与设于监控中心的远程监控终端，监测子站与远程监控终端通过GPRS网络实现通讯，监测子站定时对森林周边环境进行数据和图片的采集，监测子站包括中央微控制器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据传输模块、GPRS模块、数据存储模块、太阳能供电模块，远程监控终端即PC机，远程监控终端包括主程序模块、数据显示模块、图片显示模块、数据处理模块、指令控制模块、自动报警模块，本发明与现有技术相比具有性能可靠、实时性高、预防报警超前等显著特点。

Description

基于移动通讯的森林安全监测系统

技术领域

本发明涉及森林安全监测技术领域，具体地说，是一种基于移动通讯的森林安全监测系统。

背景技术

森林在国民经济中占有重要地位，它不仅能提供国家建设和人民生活所需的木材和林副产品，而且可以调节气候，涵养水源，保持水土，防风固沙，净化空气，减少噪声等。但是近几年经济的高速发展给森林的生态环境造成了巨大的伤害，一旦森林监管力度不够发生火灾将给生态系统带来巨大的影响，同时对人民的生活也将产生危害，所以对于森林的野外安全预警监测就显得尤为重要。

目前国外对于森林监测方面都投入了相当多的精力和资金，使用了一系列高精尖的设备，不过大多造价昂贵，难以适应我国森林资源监测的实际需要。而现在国内大多是由人工进行了望观察，不但准确率低，而且还对了望员的人身安全造成威胁。

随着计算机和无线通信技术的不断发展，运用移动通讯技术对野外森林进行监测也正变得越来越热门，它的发展和运用在很大程度上降低了林业部门对森林监测的高投入并且优化了对人力资源的利用。

发明内容

针对目前国内森林安全监测系统和方法的缺陷，本发明给出了一种全新、可靠、功能完善的监测系统。这种系统能够让监测子站实时检测周边环境并进行数据采集。数据采集完成后可以利用GPRS网络定时发送给监控中心的远程监控终端。远程监控终端接收数据后进行处理，与预设定的警戒值进行比较判断，若高于警戒值，就启动自动报警机制。

本发明披露的技术方案为一种基于移动通讯的森林安全监测系统，包括设于森林的多个监测子站与设于监控中心的远程监控终端，监测子站与远程监控终端通过GPRS网络实现通讯，监测子站定时对森林周边环境进行数据和图片的采集，监测子站包括中央微控制器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据传输模块、GPRS模块、数据存储模块、太阳能供电模块，远程监控终端即PC机，远程监控终端包括主程序模块、数据显示模块、图片显示模块、数据处理模块、指令控制模块、自动报警模块。

在本技术方案中，系统工作时，监测子站定时采集环境数据和图片并进行打包，通过GPRS网络将数据发送给远程监控终端。远程监控终端对接收的数据解析后进行分析和处理，当发现森林处于发生火灾的危险时，启动报警机制。除此以外，远程监控终端也可以通过GPRS网络发送AT指令随时调取特定区域中监控子站的采集数据和图片。远程监控终端在接收到数据后通过数据显示模块和图片显示模块将森林环境数据和图片显示在电脑屏幕上。之后系统会启动数据处理模块，对接收来的数据进行比较判断，当采集的数据超过系统预设的警戒值时，表明此监测子站处森林区域有发生火灾的可能，立即通过自动报警模块向监控中心的工作人员发出警告。除此之外，由于每个监测子站都具有一个独立且相对应的ID号，远程监控终端也可以通过指令控制模块向指定的监测子站发送AT指令，随时采集特定森林区域的环境数据和图片，方便工作人员进行检查。

本发明的进一步改进，监测子站有工作模式和睡眠模式两种模式可供切换，可以最大限度减少监测子站的功耗，在工作模式下，监测子站根据之前设定好的程序，每隔一个小时采集一次数据并进行发送；而在睡眠模式下，监测子站将处于监听状态，不再采集数据。

本发明的进一步改进，监测子站的中央微控制器模块由STM32F103芯片及其外围电路构成，用于控制各传感器定时采集数据，并将数据通过数据传输模块送到数据存储模块和GPRS模块。

本发明的进一步改进，监测子站的温度传感器模块使用DS18B20，用于采集监测子站周边的环境温度，湿度传感器模块使用DHT11，用于采集监测子站周边的环境湿度，烟雾传感器模块使用MQ2，用于采集监测子站周边环境的烟雾浓度，图片采集模块通过OV7725摄像头定时采集图像数据。

在工作过程中，图像采集模块先通过调用摄像头抓拍图像，然后发送到FIFO缓存单元，使之与中央微控制器模块的波特率进行匹配，再由FIFO缓存单元将数据包发送到中央微控制器模块。监测子站采集到的图片信息以像素点的形式发送到远程监控终端，在远程监控终端上将其自动转换成BMP格式的图片显示出来。为了使监测子站采集的图像具有一定的可辨识性，监测子站必须放置在光线较好的地方。实际上，摄像头镜头越小看的越近，而视觉范围越宽；反之，镜头越大看的越远,但视觉范围越窄。根据这一特性，监测子站在安置数量上也有考究，否则图像质量会受到影响。

本发明的进一步改进，监测子站的数据传输模块为温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据存储模块、GPRS模块提供必要的数据传输通道，其中温湿度传感器模块和烟雾传感器模块通过RS232接口与中央微控制器模块进行相连，图片采集模块通过SCCB总线与中央微控制器模块进行相连，GPRS模块与中央微控制器模块采用全双工串行接口进行连接，GPRS模块采用SIM800H模块，用于监测子站与远程监控终端进行数据传输与指令发送，数据存储模块使用SD卡，用于监测子站对检测到的数据进行存储备份，以便工作人员到森林现场取回备份数据进行深入分析研究。

GPRS模块采用SIM800H模块，用于监测子站与远程监控终端进行数据传输与指令发送，GPRS模块在上电后将通过第三方客户端连接至外网，通过特定的AT指令将我们所需的数据包发送到指定的域名，经过内网映射，发送到指定的远程IP端口，从而达到传送数据的功能。在本发明中，数据的远程传输采用TCP协议，具有较高的可靠性。

在本发明中，太阳能供电模块用于给监测子站供电。太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电能的器件，在天气晴朗时，太阳能电池通过光电转化，一边给蓄电池充电，一边给监测设备提供电能；在光照条件不允许的时候，如雨天、多云天气时，将会由蓄电池给监测设备供电。

本发明的有益效果：本发明基于移动通讯的森林安全监测系统，远程监控终端对接收到的数据进行处理和判断，若相应的参数超出预设的警戒值，则启动自动报警模块发出警告，本发明与现有技术相比具有性能可靠、实时性高、预防报警超前等显著特点。

附图说明

图1是本发明的总体设计框图

图2是本发明的系统软件设计模块框图。

图3是本发明的监测子站的设计框图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：如图1、图2和图3所示，一种基于移动通讯的森林安全监测系统，包括设于森林的多个监测子站与设于监控中心的远程监控终端，监测子站与远程监控终端通过GPRS网络实现通讯，监测子站定时对森林周边环境进行数据和图片的采集，监测子站包括中央微控制器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据传输模块、GPRS模块、数据存储模块、太阳能供电模块，远程监控终端即PC机，远程监控终端包括主程序模块、数据显示模块、图片显示模块、数据处理模块、指令控制模块、自动报警模块。

在本实施例中，监测子站有工作模式和睡眠模式两种模式可供切换，可以最大限度减少监测子站的功耗，在工作模式下，监测子站根据之前设定好的程序，每隔一个小时采集一次数据并进行发送；而在睡眠模式下，监测子站将处于监听状态，不再采集数据。监测子站的中央微控制器模块由STM32F103芯片及其外围电路构成，用于控制各传感器定时采集数据，并将数据通过数据传输模块送到数据存储模块和GPRS模块。监测子站的温度传感器模块使用DS18B20，用于采集监测子站周边的环境温度，湿度传感器模块使用DHT11，用于采集监测子站周边的环境湿度，烟雾传感器模块使用MQ2，用于采集监测子站周边环境的烟雾浓度，图片采集模块通过OV7725摄像头定时采集图像数据。

研究显示，森林地区日最高气温是该地区是否发生火灾的主要指标，林火发生的可能时段一般是白天气温出现最高的时段，高温加速可燃物自身含水率降低使其容易接近燃点。一般气温在30摄氏度左右常有林火发生，因此设定温度警戒值为30摄氏度。湿度传感器模块使用DHT11，用于采集监测子站周边的环境湿度，环境相对湿度越大，则可燃物的含水率越高，通常相对湿度高于75%不易发生火灾，55%—75%可能发生火灾，55%以下容易发生火灾，30%以下可能会发生特大火灾，因此设定湿度警戒值为相对湿度的60%。采集模块通过OV7725摄像头定时采集图像数据。在工作过程中，图像采集模块先通过调用摄像头抓拍图像，然后发送到FIFO缓存单元，使之与中央微控制器模块的波特率进行匹配，再由FIFO缓存单元将数据包发送到中央微控制器模块。监测子站采集到的图片信息以像素点的形式发送到远程监控终端，在远程监控终端上将其自动转换成BMP格式的图片显示出来。为了使监测子站采集的图像具有一定的可辨识性，监测子站必须放置在光线较好的地方。实际上，摄像头镜头越小看的越近，而视觉范围越宽；反之，镜头越大看的越远,但视觉范围越窄。根据这一特性，监测子站在安置数量上也有考究，否则图像质量会受到影响。本发明的目的是观测周边环境是否有火灾火光情况，所以清晰度要求不是很高，本发明的摄像头采用6MM，90度角的镜头，可以观测半径10m范围内的地方，观测火光可放大至20m，这样一公顷土地全覆盖需要放置25个摄像头。

在本实施例中，监测子站的数据传输模块为温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据存储模块、GPRS模块提供必要的数据传输通道，其中温湿度传感器模块和烟雾传感器模块通过RS232接口与中央微控制器模块进行相连，图片采集模块通过SCCB总线与中央微控制器模块进行相连，GPRS模块与中央微控制器模块采用全双工串行接口进行连接，GPRS模块采用SIM800H模块，用于监测子站与远程监控终端进行数据传输与指令发送，数据存储模块使用SD卡，用于监测子站对检测到的数据进行存储备份，以便工作人员到森林现场取回备份数据进行深入分析研究。GPRS模块采用SIM800H模块，用于监测子站与远程监控终端进行数据传输与指令发送，GPRS模块在上电后将通过第三方客户端连接至外网，通过特定的AT指令将我们所需的数据包发送到指定的域名，经过内网映射，发送到指定的远程IP端口，从而达到传送数据的功能。在本发明中，数据的远程传输采用TCP协议，具有较高的可靠性。

太阳能供电模块用于给监测子站供电，太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电能的器件，在天气晴朗时，太阳能电池通过光电转化，一边给蓄电池充电，一边给监测设备提供电能；在光照条件不允许的时候，如雨天、多云天气时，将会由蓄电池给监测设备供电。在系统中，为了使监测子站的太阳能供电模块最大限度的转换光能成电能并进行供电，同时避免由于雨水受潮，人为因素等原因造成监测子站的损坏，监测子站的安装地点具有特定的要求。在实际使用时，监测子站需要安置在采光较好的地方，同时距离地面有一定的高度并且安装在特定的保护外壳中，这样可以避免雨天潮湿和人为受损，增加监测子站的使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于移动通讯的森林安全监测系统，其特征在于：包括设于森林的多个监测子站与设于监控中心的远程监控终端，所述监测子站与所述远程监控终端通过GPRS网络实现通讯，所述监测子站定时对森林周边环境进行数据和图片的采集，所述监测子站包括中央微控制器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据传输模块、GPRS模块、数据存储模块、太阳能供电模块，所述远程监控终端即PC机，所述远程监控终端包括主程序模块、数据显示模块、图片显示模块、数据处理模块、指令控制模块、自动报警模块。

2.根据权利要求1所述的基于移动通讯的森林安全监测系统，其特征在于：所述监测子站有工作模式和睡眠模式两种模式可供切换。

3.根据权利要求1或2所述的基于移动通讯的森林安全监测系统，其特征在于：所述监测子站的中央微控制器模块由STM32F103芯片及其外围电路构成，用于控制各传感器定时采集数据，并将数据通过数据传输模块送到数据存储模块和GPRS模块。

4.根据权利要求3所述的基于移动通讯的森林安全监测系统，其特征在于：所述监测子站的温度传感器模块使用DS18B20，用于采集监测子站周边的环境温度，湿度传感器模块使用DHT11，用于采集监测子站周边的环境湿度，烟雾传感器模块使用MQ2，用于采集监测子站周边环境的烟雾浓度，图片采集模块通过OV7725摄像头定时采集图像数据。

5.根据权利要求4所述的基于移动通讯的森林安全监测系统，其特征在于：所述监测子站的数据传输模块为温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、图片采集模块、数据存储模块、GPRS模块提供必要的数据传输通道，其中温湿度传感器模块和烟雾传感器模块通过RS232接口与中央微控制器模块进行相连，图片采集模块通过SCCB总线与中央微控制器模块进行相连，GPRS模块与中央微控制器模块采用全双工串行接口进行连接，GPRS模块采用SIM800H模块，用于监测子站与远程监控终端进行数据传输与指令发送，数据存储模块使用SD卡，用于监测子站对检测到的数据进行存储备份，以便工作人员到森林现场取回备份数据进行深入分析研究。