基于ZigBee的森林火災監測設計

摘要：為了監測森林火險因于和著(zhù)火點(diǎn)，并及時(shí)預防和消滅火災，提出了基于ZigBee的森林火災監測系統設計，系統由信息采集、無(wú)線(xiàn)收發(fā)、火災監控功能模塊組成。系統采用煙霧傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)力傳感器采集各林區的環(huán)境參數信息，基于JN5139無(wú)線(xiàn)微控制器實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信功能，并對傳感器采集的環(huán)境參數數據進(jìn)行處理和分析，監控中心根據分析結果實(shí)現火險預報、火情監測、應急預案功能?；赯igBee的森林火災監測系統可以實(shí)時(shí)監測林區環(huán)境參數信息，從而及時(shí)地預防森林火災的發(fā)生或高效地實(shí)施火災救援工作。
關(guān)鍵詞：Zigbee；森林火災；傳感器；JN513

森林是林木、伴生植物、動(dòng)物及其與環(huán)境的綜合體。它是地球上的凈化庫、基因庫、碳貯庫、蓄水庫和能源庫，對維系整個(gè)地球的生態(tài)平衡起著(zhù)至關(guān)重要的作用，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的資源和環(huán)境，具有經(jīng)濟、生態(tài)和社會(huì )三大效益。但是由于異常自然或非法人為因素，森林會(huì )發(fā)生一些火災，森林火災是一種突發(fā)性強，破壞性大，處置救助較為困難的自然災害，如果森林發(fā)生火災，將會(huì )對林木、生命財產(chǎn)、生態(tài)系統、社會(huì )造成嚴重的危害。森林火災監測是森林防火的重要基礎。目前，我國森林防火主要采用人工巡邏的方式，由于森林面積大，及時(shí)、準確地發(fā)現火源存在一定的難度。
針對森林火災監測的重要性和不足之處，本文提出基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)技術(shù)設計森林火災監測系統。該系統可以實(shí)時(shí)采集林區的相關(guān)環(huán)境參數，為相關(guān)部門(mén)預警和滅火提供重要的決策依據。

1 森林火災監測系統總體設計
在森林火災監測中，林中空氣的溫度和濕度會(huì )影響可燃物物理性質(zhì)，它們是森林火險變化的重要指標，是火災監測的重要參數。當有林火發(fā)生時(shí)，林中的煙霧濃度和風(fēng)向是火災蔓延的重要因素。因此，溫度、濕度、風(fēng)向與風(fēng)速、煙霧濃度是森林火災監測的關(guān)鍵參數，森林火災監測系統需要實(shí)時(shí)采集森林中各個(gè)位置的這些環(huán)境參數，并將這些參數值傳輸到監控中心進(jìn)行處理，就可以發(fā)現火災易發(fā)或已發(fā)區域，從而及時(shí)地消滅火災。森林是一個(gè)高密度樹(shù)木區域，樹(shù)木的分布具有距離短、面積廣、隨機的特性，本文提出采用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )對森林火災進(jìn)行監控。ZigBee是一種低成本，低功耗、近距離、低復雜度、自組織的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，與現有的有線(xiàn)系統相比，ZigBee無(wú)線(xiàn)解決方案的優(yōu)勢在于靈活的安裝布置、低廉的安裝費用、耗能低、可靠性高，因此基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )適用于森林火災實(shí)時(shí)監測。
1．1 森林火災監測系統結構
在森林火災監測系統中，需要進(jìn)行信息采集、處理、傳輸，控制結果輸出執行等操作。傳感器節點(diǎn)是構成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的基本要素，具有信息采集、信息處理和無(wú)線(xiàn)通信功能，它們既是數據包傳輸的發(fā)起者，也是數據包的轉發(fā)者。傳感器節點(diǎn)被隨機、密集地布設在森林中，各林區的傳感器節點(diǎn)自組織成簇，傳感器節點(diǎn)為簇成員，負責林區環(huán)境信息的采集。傳感器節點(diǎn)將采集的數據傳送到簇首節點(diǎn)，簇首節點(diǎn)負責對采集簇內信息采集節點(diǎn)的數據融合，然后傳送給匯聚點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)以多跳的方式與各簇首節點(diǎn)通信，收集各林區環(huán)境信息，將數據送到控制中心，控制中心進(jìn)行綜合處理，監測各林區火險情況。森林火災監測系統結構如圖1所示。