智能改變生活：林區遠程監控系統實(shí)現

一、項目概述

1.1 引言

“十二五”規劃中明確地提出了在接下來(lái)的五年中要“綠色發(fā)展 建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )”著(zhù)重強調了對生態(tài)環(huán)境的保護和修復。保護和修復生態(tài)最基本的途徑就是植樹(shù)造林，各種綠化帶和人工林有效地遏制了水土流失，削弱了沙塵暴的危害。但是，傳統的人工管理方法消耗了大量的時(shí)間和人力，已經(jīng)無(wú)法適應現代社會(huì )的需要。與此同時(shí)，隨著(zhù)科學(xué)的進(jìn)步，各種先進(jìn)的技術(shù)不斷融入社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域，促進(jìn)了資源和管理的優(yōu)化。

針對上述情況，本項目通過(guò)把各種環(huán)境參數傳感器、高性能低功耗的avr處理器和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)有機融合，形成一個(gè)立體化的林木自動(dòng)監控系統。該系統集干濕監控、氣象監控、病蟲(chóng)監控和林火監控于一體，能夠高效方便地管理林區。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1) 各個(gè)分節點(diǎn)能夠通過(guò)定時(shí)地監控土壤的干濕情況、氣溫、氣壓并把結果發(fā)送到主節點(diǎn)。

(2) 各分節點(diǎn)一旦檢測出火警，立刻向主節點(diǎn)報告。

(3) 各主節點(diǎn)有攝像頭，能夠提供周?chē)P(guān)于病蟲(chóng)的圖像信息。

(4) 主節點(diǎn)能夠通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )收集所屬分節點(diǎn)的信息和自己收集的圖像信息，并通過(guò)GPRS模塊發(fā)送給遠程主機。

(5) 每個(gè)節點(diǎn)在有陽(yáng)光時(shí)能利用太陽(yáng)能光板進(jìn)行內部電池的充電，以保證系統能夠正常運行。

(6) 遠程主機系統能夠統一處理各個(gè)主節點(diǎn)收集的信息，實(shí)現遠程高效管理。

2.2 性能要求

(1) 系統必須能夠長(cháng)時(shí)間穩定運行。

(2) 能夠對火情做出快速的反應。

(3) 由于是戶(hù)外使用，各個(gè)節點(diǎn)必須具有較強的抗老化能力。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

（1）系統的信息采集功能主要是利用土壤溫濕傳感器、氣溫傳感器、氣壓傳感器和攝像頭等手段來(lái)實(shí)現，以此來(lái)達到全方位采集信息的目標。

（2）為了實(shí)現對一個(gè)區域樹(shù)林生長(cháng)情況監控，本設計采用子節點(diǎn)和主節點(diǎn)的兩層體系結構設計。在一個(gè)林區中，每隔一段距離就有一個(gè)子節點(diǎn)，每個(gè)子節點(diǎn)測量土壤溫濕傳感器、氣溫傳感器和氣壓傳感器的數據，同時(shí)每個(gè)子節點(diǎn)可以通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò )把數據送到主節點(diǎn)。

（3）主節點(diǎn)主要有兩個(gè)功能：第一，利用CMOS攝像頭拍照功能，看有沒(méi)有蟲(chóng)災發(fā)生，每隔一段時(shí)間對森林拍一張照片，并以彩信的形式通過(guò)GPRS模塊發(fā)照片到遠程監控臺；第二，利用Zigbee模塊來(lái)獲取多個(gè)子節點(diǎn)送來(lái)的數據，并以短信的形式通過(guò)GPRS模塊發(fā)數據到遠程監控臺。

（4）各個(gè)節點(diǎn)的供能采用太陽(yáng)能光板配合鋰電池聯(lián)合供電，保證系統能夠全天候工作。

（5）遠程主機，采用計算機來(lái)實(shí)現，利用計算機比較好的人機交互界面和強大的數據處理能力。

分節點(diǎn)架構見(jiàn)圖1。

圖1 分節點(diǎn)架構框圖

主節點(diǎn)架構見(jiàn)圖2。

圖2 主節點(diǎn)架構框圖

遠程主機架構見(jiàn)圖3。

圖3 遠程主機架構框圖

系統總體架構見(jiàn)圖4。

圖4 系統總體架構框圖