基于zigbeepro的森林火灾预警监测系统设计

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1、基于ZigBeePRO的森林火灾预警监测系统设计摘要：提出基于无线传感器网络技术(ZigBeePRO)的森林火险实时监测系统的设计方案，设计了一种基于TI公司的CC2531和Sensirion公司的传感器芯片SHT1O的森林火灾预警监测系统，并对该系统的硬件、软件设计原理进行了分析。着重强调利用CC2531自带的USB2.0通用串行接口，通过HID类设备自定义，实现了ZigBee网关和森林火险监控上位机之间的通信。与传统的串口通信方式相比，大大提高了数据传输的速率，有利于实时、大数据量的数据传输和采集。关键词：ZigBeePRO；CC2

2、531；森林火灾；实时监测；USB2.0；HID分类号：TN911734文献标识码：A文章编号：10047373X(2016)01?0020?040引言所谓森林火灾，主要指的是发生在野外森林中的、人类力量难以挽回且不断向外蔓延的、对森林生态环境和人类生存造成威胁的着火现象。由于森林环境特殊，其火灾的发生具有突发性，且灾后灭火工程巨大，造成的破坏明显。鉴于我国国土面积大、各地地形存在明显差别，气候条件也大有不同，加之人口较多、各地人口分布不均等原因，导致森林火灾发生的比较频繁。又因为国家对此缺少严格的监督，森林火灾一旦发生必将给我国的经济

3、带来极大损失［1?2］。森林防火是我国防灾减灾的一个重要组成部分，其中如何预防火灾的发生，在火灾初期及时发现火情是森林防火的关键。通过近年来对森林火灾发展过程的研究，人们发现林火发生前，一些环境参数如：环境温度、相对湿度、降水量会随着外部环境的变化而持续变化，当积累到一定阈值，才可能引发林火。因此，如果能够对林区的环境参数做到实时、准确地监测，无疑能够及时发现火灾隐患，从而极大地提高火险报警的主动性和准确性。最近几年，信息技术快速更新，物联网如一匹黑马势头猛劲。而物联网中最关键的技术是无线传感器网络ZigBee，它是建立在IEEE802

4、.15.4标准基础上的一种通信范本。该通信协议具有自动组网、成本低、功耗低、通信协议简单、可靠性强等特点，在远程数据监控领域具有不可比拟的优势。目前其最新标准是ZigBee2007，该标准定义了ZigBee和ZigBeePRO的两个特性集［3?5］。ZigBee2007/PR0和ZigBee比较起来，需要在技术方面做出下面的调整让其更加兒备：(1)ZigBee2007/PR0是更加适用于商业和工业级别协议栈;(1)ZigBee2007/PR0适用于规模较大的网络(网路容量可以超过1000个节点)；(2)ZigBee2007/PR0调整了

5、路由形式，让路由更加稳定且占用内存更小；(3)ZigBee2007/PR0使用了高级跳频技术，供给跳频冲突规避技术，让其具有更好的抗干扰能力；(4)ZigBee2007/PR0可以分包传输长数据包；(5)ZigBee2007/PR0提供商业级的加密通信。鉴于ZigBee2007/PRO具有的相关特点和优势，该技术更适合在大范围复杂环境条件下的数据监测，如大范围农田或林区等。1总体设计森林自然条件多样，气候条件不稳定，范围大同时无线干扰源较少，本系统设计基于较大范围覆盖，降低传感器节点功耗，实现可靠、稳定的信息采集和传输。按照防范森林火灾

6、所需监看的参数特点，本次设计的监测系统整体结构主要由三大部分组成：用于采集温、湿度数据的无线传感器监控节点，采集各节点数据的无线传感器网关节点和监控数据处理中心等，如图1所示。1监测系统总体设计其中，使用ZigBeePRO网络的终端节点和路由器节点作为森林火险监督网络的监看节点，将其随机分布在林区的被监控区域，用于监测并传输森林火灾预警中的相关参数，包括温度信息、湿度信息以及定位信息等。此外，在对无线传感器节点的设计上，由于林区环境复杂，监控节点很难获得持续的集中供电，所以提高节点工作的长久持续性是着重考虑的问题。监测系统收集数据的网关

7、节点部分由ZigBeePRO网络中的协调器以及3G通信模块组成。协调器负责通过聚类路由协议采集各节点的监控数据及位置信息，再通过3G通信模块将数据传输到火灾监控中心。监控中心把收集好的信息归集起来，经过剖析处理，根据所得到的相关参数，判断林区火灾预警情况和相关位置。2硬件设计部分ZigBeePRO网络中的硬件有以下三种：协调器、路由器以及终端节点等。协调器的别称为网关节点，是整个体系内的关键设施，其主要职能是构建、开启和管理工作体系。在网络建立之初，网关进行网络初始化，主动发送信标帧扫描其他节点，对于新加入网络的节点以随机的形式分配地址

8、，完成建立网络的过程。网络处于工作状态时，网管负责对不同节点的工作状态进行监督，保证数据在节点间可以顺利传输。路由器指的是网络中的中继节点，它具有中继节点和终端双重角色，既可以实现网络中个别节点的路由，又可