CN106355808A - 一种基于物联网的森林消防控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的森林消防控制系统，属于智能消防技术领域。该系统包括程监控终端、协调器、路由器和ZigBee 无线网络节点，所述远程监控终端内设置有报警模块；每个ZigBee 无线网络节点设置在被监控林区内，均包括有ZigBee 模块、烟雾检测模块、温度检测模块、自动保护模块和风力检测模块，所述自动保护模块包括检测器、计时器、串口开关和电平变换保护电路；所述计时器包括顺序连接的秒产生器、计数器和比较器。本发明运用ZIGBEE网络可以24小时对森林进行实时监控，一旦出现火灾，就能被及时发现，在最短时间内通知消防人员采取救援措施，有效地将森林火灾损失控制在最小范围内。

Description

一种基于物联网的森林消防控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的森林消防控制系统，属于智能消防安全技术领域。
背景技术
森林火灾是一种破坏性大、处置救助困难的自然灾害，它不仅会烧死树木，直接减少森林面积，而且还会严重破坏森林结构，引起空气污染、水土流失、森林物种的减少甚至灭绝。为了预防以及及时发现森林火灾，人们采取了许多措施，现在比较普遍的做法是在被控林区安装监控设备。
申请号为201310459212.1， 申请日为2013年9月29日的发明专利申请公开了一种森林防火预警系统，主要由远程监控管理中心和布设在森林各个监测点的监测终端组成；远程监控管理中心和监测终端通过GPRS无线通信网络或3G无线通信网络进行数据传输；监测终端包括中央处理器以及分别与其相连接的温度传感器、烟雾浓度传感器、无线通信模块、北斗定位模块和工作电源；所述的中央处理器将监测的温度和烟雾浓度数据进行逻辑运算和逻辑判断，并将其超出规定范围的告警值和监测点位置信息共同组成火灾数据经由无线通信模块发送给远程监控管理中心，远程监控管理中心接收到信息后，将派出人员到相关区域进行排查火险或采取其它消防措施。本发明结构简单、架设成本低、运行稳定、监控可靠。
申请号为201410317685.2 ，申请日为2014年6月30日的发明专利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。该系统具有结构精简、技术复杂度低、成本低、实时和准确的特点。
申请号为201510162807.X， 申请日为2015年4月8日的发明专利申请涉及消防报警系统，具体是一种消防智能监控系统。该发明解决了现有消防报警系统不具有远程通讯功能的问题。一种消防智能监控系统，包括安装在消防监控中心的监控计算机和Wi-Fi接收装置以及多个安装在现场的消防智能监控仪；所述消防智能监控仪包括：单片机、烟雾传感器装置、消防水监测模块、湿度传感器、温度传感器、开关量传感器、信号开关控制模块、GPRS通讯模块、Wi-Fi通讯模块、UART模块、EEPROM模块、LCD显示屏、LED状态指示灯、功能按键和电源模块。该发明适用于消防。
目前的森林消防控制系统主要侧重采集各种气象信息并提供消防预警信息，但在天气条件恶劣时，消防控制系统中的电路模块由于长期使用，且周围环境恶劣，很容易出现信号采集的数据传输异常的情况，这样很容易影响森林消防控制系统的正常运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于物联网的森林消防控制系统，运用ZIGBEE网络可以24小时对林区进行实时监控，一旦出现火灾，就能被及时发现，在最短时间内通知消防人员采取救援措施，有效地将森林火灾损失控制在最小范围内。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种基于物联网的森林消防控制系统，包括远程监控终端、协调器、路由器和ZigBee无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee 无线网络节点，m个路由器通过协调器与设置在119火警中心内的远程监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee 无线网络节点设置在被监控林区内，均包括有ZigBee 模块、烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块，所述的烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块分别与ZigBee 模块相连接；所述ZigBee 模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所处的路由器进行无线通讯； 所述远程监控终端内设置有报警模块；
每个ZigBee 无线网络节点还包括自动保护模块，所述自动保护模块一端与烟雾检测模块连接，另一端与ZigBee 模块连接，所述自动保护模块包括检测器、计时器、串口开关和电平变换保护电路，检测器、计时器和串口开关顺序连接，串口开关与电平变换保护电路双向连接；所述计时器包括顺序连接的秒产生器、计数器和比较器，其中秒产生器的输入端与检测器的输出端连接，比较器的输出端与串口开关的输入端连接。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述烟雾检测模块采用离子式烟雾传感器。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述报警模块为声光报警模块。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述声光报警模块包括发光二极管和蜂鸣器。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述温度检测模块采用热电偶。
本发明所述一种基于物联网的森林消防控制系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明设有接口保护模块，可以克服现阶段森林消防控制系统内没有检测电路检测模块传输接口是否连接异常，避免由于接口连接异常导致影响整个森林消防控制系统的正常运行。
2、本发明的接口保护模块设有一个电平变换保护电路，对该接口保护电路能够进行限压、限流，防止过压、过流、冲击电流或静电等破坏本发明的内部电路。
3、本发明采用太阳能供电，节能环保、绿色无污染。
4、本发明可以运用ZIGBEE网络24小时对森林进行实时监控，一旦出现火灾，就能被及时发现，在最短时间内通知消防人员采取救援措施，有效地将火灾损失控制在最小范围内，极大地节约了人力物力。
具体实施方式
下面对本发明创造做进一步详细说明。
一种基于物联网的森林消防控制系统，包括远程监控终端、协调器、路由器和ZigBee 无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee 无线网络节点，m个路由器通过协调器与设置在119火警中心内的远程监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee 无线网络节点设置在被监控林区内，均包括有ZigBee 模块、烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块，所述的烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块分别与ZigBee 模块相连接；所述ZigBee 模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所处的路由器进行无线通讯； 所述远程监控终端内设置有报警模块；
每个ZigBee 无线网络节点还包括自动保护模块，所述自动保护模块一端与烟雾检测模块连接，另一端与ZigBee 模块连接，所述自动保护模块包括检测器、计时器、串口开关和电平变换保护电路，检测器、计时器和串口开关顺序连接，串口开关与电平变换保护电路双向连接；所述计时器包括顺序连接的秒产生器、计数器和比较器，其中秒产生器的输入端与检测器的输出端连接，比较器的输出端与串口开关的输入端连接。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述烟雾检测模块采用离子式烟雾传感器。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述报警模块为声光报警模块。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述声光报警模块包括发光二极管和蜂鸣器。
作为本发明的一种优选技术方案： 所述温度检测模块采用热电偶。
本发明的森林消防控制系统中温度检测模块为热电偶。热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。
本发明的声光报警模块包括发光二极管和蜂鸣器。
发光二极管简称为LED。发光二极管的原理：发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管的优点：电光转化效率高（接近60%，绿色环保、寿命长（可达10万小时）、工作电压低（3V左右）、反复开关无损寿命、体积小、发热少、亮度高、坚固耐用、易于调光、色彩多样、光束集中稳定、启动无延时。
本发明运用ZIGBEE网络可以24小时对森林进行实时监控，一旦出现火灾，就能被及时发现，在最短时间内通知消防人员采取救援措施，有效地将火灾损失控制在最小范围内，且节省了大量的人力物力。
ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
本发明设有自动保护模块，可以检测系统内传输接口是否连接异常的情况，避免了由于接口连接异常导致信息未能及时传输影响整个森林消防控制系统的正常运行。本发明的自动保护电路，结构简单、设计合理、性能稳定可靠，使用能耗低，不易干扰其他电路或被其他电路干扰，实用效果显著。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于物联网的森林消防控制系统，包括远程监控终端、协调器、路由器和ZigBee无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee 无线网络节点，m个路由器通过协调器与设置在119火警中心内的远程监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee 无线网络节点设置在被监控林区内，均包括有ZigBee 模块、烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块，所述的烟雾检测模块、温度检测模块和风力检测模块分别与ZigBee 模块相连接；所述ZigBee 模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所处的路由器进行无线通讯； 所述远程监控终端内设置有报警模块；
其特征在于，每个ZigBee 无线网络节点还包括自动保护模块，所述自动保护模块一端与烟雾检测模块连接，另一端与ZigBee 模块连接，所述自动保护模块包括检测器、计时器、串口开关和电平变换保护电路，检测器、计时器和串口开关顺序连接，串口开关与电平变换保护电路双向连接；所述计时器包括顺序连接的秒产生器、计数器和比较器，其中秒产生器的输入端与检测器的输出端连接，比较器的输出端与串口开关的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的森林消防控制系统，其特征在于，所述烟雾检测模块采用离子式烟雾传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的森林消防控制系统，其特征在于，所述报警模块为声光报警模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的森林消防控制系统，其特征在于，所述声光报警模块包括发光二极管和蜂鸣器。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的森林消防控制系统，其特征在于，所述温度检测模块采用热电偶。
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