CN201248048Y - 一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统 - Google Patents

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CN201248048Y
CN201248048Y CNU2008201209480U CN200820120948U CN201248048Y CN 201248048 Y CN201248048 Y CN 201248048Y CN U2008201209480 U CNU2008201209480 U CN U2008201209480U CN 200820120948 U CN200820120948 U CN 200820120948U CN 201248048 Y CN201248048 Y CN 201248048Y
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zigbee
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CNU2008201209480U
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郑增威
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浙江大学城市学院
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Abstract

本实用新型涉及一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统,它由分布在森林中的多个无线网络节点组成的多个ZigBee通信子网和远程监控终端构成,其中每个ZigBee通信子网包括协调器节点、路由节点以及终端节点,终端节点与路由节点为子节点,每子网中唯一的协调器节点为基站节点,子节点通过多跳的ZigBee通信网络与基站节点通信连接,基站节点通过GSM网络与远程监控终端通信连接,终端节点仅采集森林火情信息,路由节点采集森林火情信息及转发其它子节点传输来的信息,逐步将信息转发给同一子网的基站节点,基站节点将接收到的森林火情信息转发给远程监控终端,远程监控终端显示出检测到的森林火情信息并发出警报。

Description

一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统
技术领域
本实用新型涉及一种森林火灾预警监控系统,更具体的说,涉及 一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统。 背景技术
目前,国内已经设计开发出一些森林火灾监控系统,在结构上基 本都由以下部件组成:监控管理指挥中心系统、传输系统、摄像机和 镜头系统、云台控制系统、电源系统和铁塔组成。林区监控管理指挥 中心系统是整个系统的图像显示、图像录像控制中心,远程控制功能 则向指挥调度人员提供现场图像。这类方案的优点是比较直观,但不 足之处在于:
(1) 受天气条件影响较大,特别是在雾气较重的山区,能见度低, 识别度较低;
(2) 需要人工不断对云台进行操作,调整摄像机的角度来观察四周 情况,实际使用时操作不方便,并且要安排多人对大量的摄像机画面 进行识别,人工成本较高;
(3) —台摄像机的观测范围较小,只有几平方公里,如果要对大面 积的森林进行监控,需要安置大量观测点;
(4) 每个观测点都由传输系统、摄像机和镜头系统、云台控制系统、 电源系统和铁塔等组成,成本较高;
(5) 实时性较差,必须等林火燃烧到一定程度才能发现火情,给扑 救工作带来极大难度。
ZigBee联盟于2004年12月中旬推出基于IEEE 802.15.4的
4ZigBee协议栈结合无线传感器网络技术不仅具有低成本、低功耗、 低速率、低复杂度等特点,而且具有网络容量大、可靠性高、组网简 单、灵活的优势。现在ZigBee无线通信技术的成熟为森林火灾预警 监控提供了一个良好的技术基础和应用环境,也为森林火灾预警监控 指明了一个发展方向。 发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是:基于ZigBee无线通信技术 开发出一种森林火灾预警监控系统,有效克服了传统森林火灾预警监 控系统存在的不足之处。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用以下技术方案:
一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统,其特征在于: 它由分布在森林中的多个无线网络节点组成的多个ZigBee通信子网 和远程监控终端构成,其中每个ZigBee通信子网包括协调器节点、 路由节点以及终端节点,终端节点与路由节点为子节点,每子网中唯 一的协调器节点为基站节点,子节点通过多跳的ZigBee通信网络与 基站节点通信连接,基站节点通过GSM网络与远程监控终端通信连 接,终端节点仅采集森林火情信息,路由节点采集森林火情信息及转 发其它子节点传输来的信息,逐步将信息转发给同一子网的基站节 点,基站节点将接收到的森林火情信息转发给远程监控终端,远程监 控终端显示出检测到的森林火情信息并发出警报。
所述的基站节点包括用于发送和接收数据的收发器,用于运行 ZigBee协议栈的微处理器,用于和远程监控终端进行通信的GSM收 发模块以及GPS接收模块,GPS接收模块用来获取子网中各子节点的 位置数据,微处理器分别与收发器、GSM收发模块、GPS接收模块相 连。所述的子节点包括用于发送和接收数据的收发器,用于运行
ZigBee协议桟的微处理器,用于采集火情信息的温度传感器、电源, 微处理器分别与收发器、温度传感器、电源相连接。
所述的远程监控终端包括用于和基站节点进行通信的GSM收发 模块,用于处理、显示接收数据的PC机,GSM收发模块与PC机通过 串口相连。
本实用新型与现有技术相比具有以下的效果和优点:
(1) 无需人为过多干涉:正常情况下,只需远程监控中心长期有人 值守即可实现对网络所覆盖的范围进行全方位监控。同时,定期指定 人员检查各基站节点工作状况。相比传统系统,人力投入较小。
(2) 投资相对较小,节约成本:从以上各个节点的构成要素来看, 可以肯定整个监控系统的建设投入比传统的要节约大量成本。
(3) 火情发现及时,实时性好:子节点将采集的森林火情的温度数 据以及自身的位置数据等发送到基站节点,然后基站节点马上向远程 监控中心报告消息。可以实现在可燃物未达到燃点或者未引起大火时 即发现问题,做到火情发现及时,将损失降到最低。
(4) 监控范围广:每个基站节点所辖的子网最多可以有65000个子 节点,所以,通过布设一些基站节点,可以实现大范围的监控能力。
(5) 受天气条件影响较小:即使在雾气较重的山区,能见度低的情 况下,监控系统也会正常工作,不受影响。
综上所述,采用森林火情预警监控系统带来的好处主要表现在: 无需人为过多干涉,投资相对较小,节约人力、物力成本,火情发现 及时、准确,监控能力强、范围广,受各种天气条件制约少。所以, 森林火情预警监控系统具备良好的发展前景,不仅可以大大降低大面 积森林火灾的风险,减少森林资源的损失,实现最大程度保护森林资源的功能,而且也将为建设和谐社会做出重要贡献。 附图说明
图1是本实用新型的系统网络层次图。
图2是系统控制总流程图。 具体实施方式
图1是本实用新型的系统网络层次图,本实用新型构造一种基于 ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统,它由分布在森林中的多个 无线网络节点组成的多个ZigBee通信网络和远程监控终端构成,每 个ZigBee通信网络又称为子网,包括协调器节点、路由节点以及终 端节点,其中所有的路由节点与终端节点称为子节点,协调器节点称 为基站节点,子节点通过多跳的ZigBee通信网络与基站节点通信连 接,基站节点通过GSM网络与远程监控终端通信连接,终端节点仅采 集森林火情信息,路由节点采集森林火情信息及转发其它子节点传输 来的信息,逐步将信息转发给同一子网的基站节点,基站节点将接收 到的森林火情信息转发给远程监控终端,远程监控终端显示出检测到 的森林火情信息并发出警报。
基站节点在硬件方面主要包括:用于发送和接收数据的收发器, 用于运行ZigBee协议栈的微处理器,用于和远程监控终端交互信息 的GSM收发模块以及GPS数据接收模块,微处理器分别与收发器、GSM 收发模块、GPS接收模块相连。GSM收发模块通过串口与运行ZigBee 协议栈的微处理器的串口相连。GPS接收模块通过串口与运行ZigBee 协议栈的微处理器的串口相连。其中GPS数据接收模块用来获取子网 中各子节点的位置数据,在系统初始化的时,基站节点将各自的GPS 数据发送给子网内的每个子节点,采用三角测量等方法进行计算,每 个子节点将相应地得到各自的位置数据并存入各自存储介质中。子节点包括用于发送和接收数据的收发器,用于运行ZigBee协 议栈的微处理器,用于采集火情信息的温度传感器、电源,微处理器 分别与收发器、温度传感器、电源相连接。温度传感器连接微处理器 的中断源引脚上。根据处理器的特性及具体需求,可以在处理器的多 个端口连接多个温度传感器,以增加感测范围。子节点中的路由节点 即要负责转发相邻节点的信息,也要负责采集森林火情信息。
远程监控终端包括用于和基站节点进行通信的GSM收发模块,用 于处理、显示接收数据的PC机,GSM收发模块与PC机通过串口相连。
子节点采用电池供电,基站节点采用交流电网供电。
图2是本发明系统控制总流程图,系统初始化时,每个基站节点 首先通过其GPS接收模块获取子网中各子节点的位置信息,然后将所 得信息发送给每个子节点,采用三角测量等方法进行计算,每个子节 点将相应地得到各自的位置数据并存入各自存储介质中;每个子节点 都载有温度传感器,当检测到温度值大于系统预先设置的某一临界点 (如70摄氏度)时,自动向同一子网中的基站节点发送检测到温度 值及其位置数据;每个子节点采用电池供电,当电池电量不足,下降 到预先设置的某一基值(如高于节点最低工作电压0.2伏)时,相应 子节点会自动向基站节点报告自身将处于欠压状态,并将自身的位置 数据发送给基站节点;基站节点接收到子节点发送来的火灾预警信息 或欠压信息后,通过GSM网将其转发给远程监控终端,远程监控终端 通过可视化界面显示出检测到火情预警信息的子节点的位置或欠压 节点的位置,指示人员快速的发现、消除火灾隐患或更换相应节点的 电池。
8

Claims (8)

1、一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监控系统,其特征在于:它由分布在森林中的多个无线网络节点组成的多个ZigBee通信子网和远程监控终端构成,其中每个ZigBee通信子网包括协调器节点、路由节点以及终端节点,终端节点与路由节点为子节点,每子网中唯一的协调器节点为基站节点,子节点通过多跳的ZigBee通信网络与基站节点通信连接,基站节点通过GSM网络与远程监控终端通信连接,终端节点仅采集森林火情信息,路由节点采集森林火情信息及转发其它子节点传输来的信息,逐步将信息转发给同一子网的基站节点,基站节点将接收到的森林火情信息转发给远程监控终端,远程监控终端显示出检测到的森林火情信息并发出警报。
2、 根据权利要求1所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监 控系统,其特征在于:所述的基站节点包括用于发送和接收数据的收 发器,用于运行ZigBee协议栈的微处理器,用于和远程监控终端进 行通信的GSM收发模块以及GPS接收模块,GPS接收模块用来获取子 网中各子节点的位置数据,微处理器分别与收发器、GSM收发模块、 GPS接收模块相连。
3、 根据权利要求2所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监 控系统,其特征在于:所述的GSM收发模块通过串口与运行ZigBee 协议栈的微处理器的串口相连。
4、 根据权利要求2或3所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预 警监控系统基站节点,其特征在于:所述的GPS接收模块通过串口与 运行ZigBee协议栈的微处理器的串口相连。
5、 根据权利要求1或2所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预 警监控系统,其特征在于:所述的子节点包括用于发送和接收数据的收发器,用于运行ZigBee协议栈的微处理器,用于采集火情信息的 温度传感器、电源,微处理器分别与收发器、温度传感器、电源相连 接。
6、 根据权利要求3所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监 控系统,其特征在于:所述的温度传感器连接微处理器的中断源引脚 上。
7、 根据权利要求1或2所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预 警监控系统,其特征在于:所述的远程监控终端包括用于和基站节点 进行通信的GSM收发模块,用于处理、显示接收数据的PC机,GSM 收发模块与PC机通过串口相连。
8、 根据权利1或2所述的一种基于ZigBee传感网的森林火灾预警监 控系统,其特征在于:所述的子节点采用电池供电,基站节点采用交 流电网供电。
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