基于ZigBee的远程森林火灾监测系统的研究

摘要

森林是人类生产和生活不可或缺的重要资源,随着工业的高速发展和人们生活水平的逐步提高,人类对森林资源的需求也随之升高。而森林资源也不断遭到各种各样的破坏,火灾便是其摧毁者之一。森林火灾具有突发性强,破坏性强,摧毁面积大,扑救难度大等特点。鉴于已有森林火灾监测方式的缺陷和不足,引进ZigBee无线网络构建远程森林火灾监测系统,利用无线射频ZigBee技术构建起树簇型网络,来实现对森林环境的全覆盖。无线传感网络具有部署简单,容错性高,价格低廉等优点,可在林区进行无人监测。该系统利用传感器网络的终端节点对森林环境的温度,湿度,光照强度,烟雾浓度进行采集和监测,并把采集和处理后的数据通过GPRS模块传输到远程控制中心,由控制中心对林区状况做出判断。本系统还添加了消防员随身携带的移动节点,在林火发生时,有消防员在现场救援的情况下,用以采集消防员的生命体征参数,以及时了解现场人员的安全状况,避免对现场盲目评估而造成的人员伤亡。
　　无线传感网络采用树簇状网络结构,分为三个部分,分别是终端节点,簇首节点,协调器节点。其中,终端节点用来采集和发送环境数据,簇首节点用来中转数据,协调器节点用来分析和处理数据。每个终端节点上分别带有数字式温湿度传感器SHT11,烟雾传感器MQ-2以及光照强度传感器TSL2550。消防员随身携带的移动节点上除具有以上传感器外,还附加有SWS01血氧饱和度监测模块。系统采用功耗低、性能高的射频芯片CC2530作为环境参数采集部分的处理器,协调器节点采用低功耗芯片MSP430F149作为处理器。利用Protel99 se绘图软件对终端节点和协调器节点以及GPRS等部分的电路原理图进行了绘制。
　　软件部分主要对终端节点程序,协调器节点程序,移动节点程序,路由算法程序,GPRS模块程序,RSSI定位算法程序进行了设计。最后将串口RS232连接到PC机上通过串口调试助手对建网和通信进行了测试,对温湿度数据采集进行了测试,测试结果表明,系统能够提高森林火灾监测系统的可靠性和高效性。
　　本文的创新点是针对国内外众多学者对无线传感器网络在森林火灾的研究方面,多数停留在注重火情信息采集的基础上,添加进了对消防员人身安全的评估模块。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外森林火灾监测技术的发展现状

1.3森林火灾监测系统的功能

1.4 本文创新点

1.5 论文的结构安排

第二章 ZigBee技术与无线传感器简介

2.1 几种无线通信技术的比较

2.2 ZigBee技术

2.3 网络地址的分配以及路由链路的建立2.3.1 网络地址的分配

2.4 ZigBee无线传感器网络拓扑结构的介绍

2.5 本章小结

第三章 森林火灾监测系统硬件设计

3.1 系统总体方案设计

3.2 终端节点硬件体系结构及处理器的选取

3.3 传感器选取及电路设计

3.4 太阳能电源电路设计

3.5 簇首的设计

3.6 协调器的设计

3.7 控制中心设计

3.8 本章小结

第四章 系统的软件设计

4.1 软件开发平台简介

4.2. 协调器节点软件设计

4.3 终端节点软件设计

4.4 消防员佩戴的移动节点程序设计

4.5路由算法软件设计

第五章 系统的调试与测试

5.1 建网和通信测试

5.2 温度测试

第六章 总结

6.1 工作总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

在校期间发表的论文

致谢