基于ZigBee的森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

引言

　　森林火災(zāi)不僅給人類的經(jīng)濟建設(shè)造成巨大損失，破壞生態(tài)環(huán)境，而且還會威脅到人類生命財產(chǎn)安全。

　　傳統(tǒng)的人工巡山的防火方式過于簡陋，只能做一些防備措施，不能主動實時監(jiān)控森林的具體情況。一般認(rèn)為，晴朗、高溫和大風(fēng)天氣常使森林中可燃物的含水量下降到40%以下，這時最易發(fā)生森林火災(zāi)。了解森林火災(zāi)發(fā)生所需的條件，防火系統(tǒng)設(shè)計就有跡可循。

　　系統(tǒng)只需要收集森林各個位置的環(huán)境參數(shù)（ 包括溫濕度、降水量和風(fēng)力等） ，并將數(shù)據(jù)傳送到指揮中心，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，即可得出森林火災(zāi)易發(fā)位置，在第一時間消除隱患，節(jié)省人力和財力。

　　ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有功率小、成本低的優(yōu)點，因此，本文基于ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，并通過監(jiān)測森林環(huán)境參數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而使環(huán)境參數(shù)得到實時監(jiān)測。

　　1 ZigBee 技術(shù)概述

　　ZigBee 是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離的無線連接。它能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點間的相互協(xié)調(diào)通信，而需要的能量很少； ZigBee 以自組網(wǎng)多跳的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，已被認(rèn)為是較合適的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)是在IEEE 802.

　　15. 4 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，旨在使不同應(yīng)用制造商之間能共享一套標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802. 15. 4 是IEEE 組織制定的低速率、無線個人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，定義了物理層和介質(zhì)訪問控制層。ZigBee 聯(lián)盟對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時開發(fā)了安全層，應(yīng)用已較成熟。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　無線傳感網(wǎng)絡(luò)用于森林防火系統(tǒng)，需要在森林里人工散布節(jié)點。這些節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中所需要的信息，實現(xiàn)對任意地點的信息在任意時間的采集、處理和分析。典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由分布式傳感器節(jié)點、路由器節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等組成。在這個網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點通過多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳到路由器上，由路由器將收集的數(shù)據(jù)通過Internet或者衛(wèi)星傳到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行集中處理。

　　2. 1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　在ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，協(xié)議定義了3 種Zig-Bee 設(shè)備對象，分別是ZigBee 協(xié)調(diào)器、ZigBee 路由器和終端設(shè)備。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用需要可組織成星型網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)?？紤]到森林里需要數(shù)據(jù)監(jiān)控采集的網(wǎng)點多，地形復(fù)雜且要大面積的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，本系統(tǒng)采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>