基于zigbee的森林火灾监测系统的设计与实现

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1、基于ZigBee的森林火灾监测系统的设计与实现1．课题研究的背景及意义森林对于人类来说至关重要，它是生态平衡的保护着。但是近年来，随着气候变化，人为活动等因素，森林安全受到了巨大的威胁。这其中，森林火灾是威胁森林的最大原因之一，它不仅会造成很大的人力物力的流失，关键的是，我们会更多的失去原本就在减少的森林资源。所以，森林火灾的实时监测与防治迫在眉睫。现各国都有很多种方法来预防火灾，但都不尽如人意，人们一直在寻找一种双赢的防治森林火灾。我们综合现状，设计了这种高科技全新的的方法——将ZigBee无线传感器网络技术引入到森林火灾监测中来，构建了基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统

2、.。该系统能实现在不浪费大量人力财力的情况下，有效的达到森林火灾的监测与防治，减少火灾的发生，为保护人类赖以生存的森林做出贡献。2．ZigBee无线传感器简介无线传感器网络是由大量无处不在的、具有通讯与计算功能的微小传感器节点组成的信息采集网络体系,它们能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理。ZigBee是一种低速率、低成本、低功耗的短程无线网络通信协议.与其他无线网络技术相比,ZigBee技术具有数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等独特的优势,在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力和广阔的市场应用前景。将基于ZigBee的无线传感器网络

3、应用在森林火灾监测系统中,可实现对覆盖森林内的任意地点的温湿度等信息在任意时间的采集、处理和分析,而且还能大大提高系统的可扩展性,降低设备维护的成本,优化整个系统。3.主要内容我们设计的ZigBee的无线传感器网络可以大概包括两个部分：无线传感器网络部分和监控主机，无线传感器网络又可细化分为传感器采集前端和数据传输端。（1）、传感器采集前端：铺设现今存在的不同监测功能的先进小型传感器分布于森林的各个部分，全面的检测森林的实时数据，第一时间获取有价值的数据信息，进行分析处理。大气相对湿度可直接影响可燃物水分的蒸发,空气温度的高低可以通过环境间接改变可燃物的物理性质.。因此大气相对湿度、空气

4、温度是影响可燃物含水率的主要因素,因此本系统设计主要通过传感器测量大气相对湿度和空气温度两个参数来间接反映可燃物含水率的大小,作为预报和监测森林火灾发生的重要依据。当然森林火灾的发生还与其他很多因素有关，例如人类的活动等，都暂时不予考虑。利用小型传感器不会影响森林内部的正常运转，不会影响生物的正常生息，是一种有效又无害的检测方式。（2）、数据传输端：我们采用ZigBee技术所采用的自组织网。自组织网采用的是动态路由方式，所谓动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传

5、输。在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”，即先选择路径最近的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路进行传输，以此类推，直到数据送达目的地为止，在传感器网络使用过程中，部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效，也有一些节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中，这样在传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少，从而使网络的拓扑结构随之动态地变化。所以传感器网络的自组织性能够适应这种网络拓扑结构的动态变化，在某一个通道不能正常工作的情况下，依然可以监测到森林的各项指标数据变化，提高了森林的安全性。（3）、监控主机：这是这个系统的终端，主要对于传输来的

6、信息进行分析整理，然后决定采取什么措施进行森林防护。4.拟解决的关键问题（创新点）进过对此系统的仔细斟酌，发现以下几个细节有待商榷：首先，节点定位问题。传感器因为体积较小，不会影响动物的正常生息，所以可以考虑将其安装在动物身上。因为动物活动范围广，由它带动，不仅扩大了传感器的检测范围，还能减少其安装的数量，节约一定的成本。关键在于动物的选择，包括其大小、生活习惯、活动范围等。不同动物有不同的活动范围，需进行一下调查，不同的区域选择不同的动物，这样可以用少量的成本，覆盖整个森林。但是传感器的测量信息也许会受到动物体温等的影响，故还需进一步探讨。其次，信息传输需进一步加强。因为这种无线传输技

7、术还不能说很成熟，大量投放传感器节点前要做充分的实验确保传输的稳定性和准确性。还有无线传感器网络的功耗问题，通信模块在发送数据、接收数据以及休眠时消耗了大量的能量，这与我们的初衷相违背。网络上提供了两种解决办法，分别从硬件和软件两个方面着手，硬件方面主要提高电池的利用效率、降低传感器工作是能量消耗等，软件方面主要是跨层优化，拓扑控制算法等。我们应该根据实际，从多方面角度考虑，选择一个最适合的解决办法。5、总结人类的活动正在对地球造成