微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，包括GSM傳輸系統(tǒng)，所述GSM傳輸系統(tǒng)與若干ZigBee協(xié)調(diào)器連接，每一ZigBee協(xié)調(diào)器與若干采集終端節(jié)點(diǎn)連接，所述采集終端節(jié)點(diǎn)以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置于森林中；所述GSM傳輸系統(tǒng)還與集中控制器連接，所述集中控制器與PC機(jī)連接；還包括微生物燃料電池供電系統(tǒng)，所述微生物燃料電池供電系統(tǒng)與所述采集終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、GSM傳輸系統(tǒng)連接，為其供電。本實(shí)用新型無需使用人工電源就能對(duì)系統(tǒng)提供不間斷的能源供給，對(duì)森林火災(zāi)的持續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警意義重大。
【專利說明】
微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]森林火災(zāi)是危害森林資源的主要災(zāi)害。一旦火災(zāi)發(fā)生，大量寶貴的森林資源將被毀壞，附近居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。目前世界上每年發(fā)生森林火災(zāi)22萬次以上，燒毀森林面積640多萬公頃以上，約占世界森林覆蓋率的2.3%。以上。我國現(xiàn)在每年平均發(fā)生森林火災(zāi)約I萬多次，燒毀森林幾十萬至上百萬公頃，約占全國森林面積的5?8%。。因此防范和減少森林火災(zāi)已成為林業(yè)工作的重要組成部分，也是保護(hù)森林資源的重要措施。
[0003]現(xiàn)有森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)通常分為空間衛(wèi)星、空中飛機(jī)、地面嘹望塔和巡護(hù)人員監(jiān)測(cè)四個(gè)空間層次。然而衛(wèi)星遙感圖像無法對(duì)同一地區(qū)實(shí)行全天候、全時(shí)段監(jiān)測(cè)，因?yàn)樘鞖夂托l(wèi)星偏軌等因素的影響，火點(diǎn)定位精度較低，導(dǎo)致在監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)判斷失誤。飛機(jī)巡邏監(jiān)測(cè)成本過高。而人工巡檢、嘹望塔方式雖簡(jiǎn)單易行，但財(cái)力、物力、人力投入巨大，同時(shí)也存在防火人員主觀麻痹大意、擅離崗位、無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、覆蓋范圍有限等諸多不利因素。再加上森林火災(zāi)原因除了人為因素外還包括長(zhǎng)期的天氣干燥以及雷電等自然因素，且火災(zāi)地點(diǎn)和成因往往難以簡(jiǎn)單具體預(yù)測(cè)判斷。
[0004]因此，人們往往使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警。這種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)能實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)森林環(huán)境，通過合理的設(shè)計(jì)，能預(yù)防火災(zāi)，進(jìn)而降低火災(zāi)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的破壞和大氣環(huán)境污染。但由于森林面積大、地理位置較分散、氣候惡劣、地廣人稀、大量野生動(dòng)物活動(dòng)、交通不便，布線困難，很難為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的不間斷的電源。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的供電電源問題已經(jīng)成為了制約該技術(shù)最大瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，無需使用人工電源就能對(duì)系統(tǒng)提供不間斷的能源供給，對(duì)森林火災(zāi)的持續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警意義重大。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括GSM傳輸系統(tǒng)，所述GSM傳輸系統(tǒng)與若干ZigBee協(xié)調(diào)器連接，每一 ZigBee協(xié)調(diào)器與若干采集終端節(jié)點(diǎn)連接，所述采集終端節(jié)點(diǎn)以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置于森林中；所述GSM傳輸系統(tǒng)還與集中控制器連接，所述集中控制器與PC機(jī)連接;還包括微生物燃料電池，所述微生物燃料電池與所述采集終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、GSM傳輸系統(tǒng)連接，為其供電。
[0007]進(jìn)一步的，所述采集終端節(jié)點(diǎn)包括CC2530最小系統(tǒng)和傳感器模塊，所述傳感器模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器及光照強(qiáng)度傳感器。
[0008]進(jìn)一步的，所述集中控制器為嵌入式Web服務(wù)器。
[0009]進(jìn)一步的，所述采集終端節(jié)點(diǎn)通過ZigBee與所述ZigBee協(xié)調(diào)器連接。[00?0]進(jìn)一步的，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過ZigBee與所述GSM傳輸系統(tǒng)連接。
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0012]1.本實(shí)用新型采用微生物燃料電池進(jìn)行供電，無需使用人工電源就能對(duì)系統(tǒng)提供不間斷的能源供給；
[0013]2.本實(shí)用新型采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分布的采集終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器，適應(yīng)森林的信息采集；
[0014]3.本實(shí)用新型通過火災(zāi)預(yù)警算法進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警的判斷，并在地圖上將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)示讓使用者更加直觀地了解到采集到的數(shù)據(jù)及位置。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型的具體實(shí)施示意圖
[0017]圖3是本實(shí)用新型的方法流程圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型的采集終端節(jié)點(diǎn)的硬件電路圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖6是本實(shí)用新型的嵌入式Web服務(wù)器整體框架圖。
[0021 ]圖中:1-GSM傳輸系統(tǒng);2-ZigBee協(xié)調(diào)器;3_采集終端節(jié)點(diǎn);4_集中控制器;5-PC機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0023]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例提供一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，包括GSM傳輸系統(tǒng)I，所述GSM傳輸系統(tǒng)I與若干ZigBee協(xié)調(diào)器2連接，每一ZigBee協(xié)調(diào)器2與若干采集終端節(jié)點(diǎn)3連接，所述采集終端節(jié)點(diǎn)3以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置于森林中以采集森林的溫度、濕度、煙霧濃度、壓力及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù);所述GSM傳輸系統(tǒng)I還與集中控制器4連接，于本實(shí)施例中，所述集中控制器4為嵌入式Web服務(wù)器，所述集中控制器4經(jīng)internet網(wǎng)與PC機(jī)5連接，所述PC機(jī)經(jīng)internet網(wǎng)訪問所述嵌入式Web服務(wù)器以獲取采集終端節(jié)點(diǎn)3的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并將數(shù)據(jù)代入火災(zāi)預(yù)警算法進(jìn)行判斷是否要進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警;還包括微生物燃料電池，所述微生物燃料電池與所述采集終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、GSM傳輸系統(tǒng)連接，為其供電。
[0024]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，本系統(tǒng)是基于B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式實(shí)現(xiàn)的，采用分層結(jié)構(gòu)，主要分為四個(gè)部分:微生物電源系統(tǒng)(包括微生物燃料電池)、ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)(包括采集終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、GSM傳輸系統(tǒng))、嵌入式Web服務(wù)器(所述集中控制器)、瀏覽器的人機(jī)交互客戶端(所述PC機(jī))。所述的微生物電源系統(tǒng)為ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供電源。所述的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要搭載著溫度、濕度、壓力、煙霧和光照強(qiáng)度傳感器，調(diào)用Z-Stack協(xié)議棧的組網(wǎng)函數(shù)、實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建。通過該無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)森林環(huán)境的溫度、濕度、壓力、煙霧濃度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的傳輸，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾SM傳輸系統(tǒng)。所述的GSM系統(tǒng)接收到信息后，將信息遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)發(fā)到嵌入式Web服務(wù)器。所述的嵌入式Web服務(wù)器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，起到了連接遠(yuǎn)程客戶端和底層傳感器的作用。主要將無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的溫度、濕度、壓力、煙霧濃度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，接受遠(yuǎn)程監(jiān)控室的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，顯示到瀏覽器頁面。所述的PC瀏覽器用于遠(yuǎn)程訪問Web服務(wù)器，可以查詢當(dāng)前系統(tǒng)溫度、濕度、壓力、煙霧濃度和光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。此外，這些數(shù)據(jù)將被分類顯示在相應(yīng)地圖上，并輸入火災(zāi)決策算法中判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，是否報(bào)警。
[0025]請(qǐng)參照?qǐng)D4，所述采集終端節(jié)點(diǎn)包括CC2530最小系統(tǒng)和傳感器模塊，其中CC2530最小系統(tǒng)采用的是其典型的應(yīng)用電路加上I/O引腳引出接口，使用性能較好的RF4CE收發(fā)器和增強(qiáng)型8051微型控制器集成片上系統(tǒng);傳感器模塊采用常用的溫度傳感器，濕度傳感器，煙霧傳感器、壓力傳感器和光照強(qiáng)度傳感器。微生物電源給CC2530芯片和傳感器及其調(diào)理電路供電。
[0026]進(jìn)一步的，所述采集終端節(jié)點(diǎn)通過ZigBee與所述ZigBee協(xié)調(diào)器連接。
[0027]進(jìn)一步的，所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過ZigBee與所述GSM傳輸系統(tǒng)連接。
[0028]于本實(shí)施例中，所述采集終端節(jié)點(diǎn)3的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示，對(duì)大面積的森林區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，并通過GSM傳輸系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)角度胧絎eb服務(wù)器和控制室。采用這種星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)(即采集終端節(jié)點(diǎn))的管理，可以準(zhǔn)確的識(shí)別終端節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域，分層式管理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以使節(jié)點(diǎn)安裝有更高的便利性也可以擴(kuò)展系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型主要可分為數(shù)據(jù)采集終端，協(xié)調(diào)器兩種。每個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)中都有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器主要有兩個(gè)作用，其一負(fù)責(zé)建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)并為終端節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址，其二負(fù)責(zé)所有終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。終端節(jié)點(diǎn)搭載著許多可以采集不同環(huán)境變量的傳感器，其主要功能是采集環(huán)境數(shù)據(jù)并發(fā)送到協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)通常會(huì)通過休眠來實(shí)現(xiàn)低功耗。
[0029]圖6所示為嵌入式Web服務(wù)器的整體框架。所述的嵌入式Web服務(wù)器通過USB轉(zhuǎn)串口與GSM傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程訪問。主要以虛擬平臺(tái)或Mini2440硬件平臺(tái)作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過移植Linux操作系統(tǒng)、Boa服務(wù)器、Sql ite3數(shù)據(jù)庫，結(jié)合CGI動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器的搭建。
[0030]為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，以下結(jié)合本實(shí)用新型的火災(zāi)決策流程的方法進(jìn)行進(jìn)一步介紹，如圖3所示，包括以下步驟:
[0031]步驟SO1:數(shù)據(jù)獲取，所述PC機(jī)經(jīng)由internet網(wǎng)訪問所述嵌入式Web服務(wù)器以獲取采集終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；
[0032]步驟S02:判斷所述數(shù)據(jù)的類型，將所述數(shù)據(jù)區(qū)分為溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、煙霧濃度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)，同時(shí)獲取該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的采集終端節(jié)點(diǎn)的位置；
[0033]步驟S03:結(jié)合采集終端節(jié)點(diǎn)的位置，將所述溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、煙霧濃度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)分別標(biāo)示在地圖上；
[0034]步驟S03:將所述數(shù)據(jù)代入火災(zāi)預(yù)警算法，若滿足報(bào)警條件，則進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警并回到步驟SOl進(jìn)行下一輪的數(shù)據(jù)獲取，否則直接回到步驟SOl進(jìn)行下一輪的數(shù)據(jù)獲取。
[0035]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實(shí)用新型的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括GSM傳輸系統(tǒng)，所述GSM傳輸系統(tǒng)與若干ZigBee協(xié)調(diào)器連接，每一 ZigBee協(xié)調(diào)器與若干采集終端節(jié)點(diǎn)連接，所述采集終端節(jié)點(diǎn)以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置于森林中；所述GSM傳輸系統(tǒng)還與集中控制器連接，所述集中控制器與PC機(jī)連接;還包括微生物燃料電池，所述微生物燃料電池與所述采集終端節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、GSM傳輸系統(tǒng)連接，為其供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述采集終端節(jié)點(diǎn)包括CC2530最小系統(tǒng)和傳感器模塊，所述傳感器模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器及光照強(qiáng)度傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述集中控制器為嵌入式Web服務(wù)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述采集終端節(jié)點(diǎn)通過Z i gBe e與所述Z i gBe e協(xié)調(diào)器連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物燃料電池供電的森林火災(zāi)無線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee協(xié)調(diào)器通過ZigBee與所述GSM傳輸系統(tǒng)連接。
【文檔編號(hào)】H01M8/16GK205644868SQ201620375961
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】蘇建聰, 徐永, 羅志聰, 王玉柱, 張?jiān)鱿? 楊志宏, 余杰, 余一杰, 劉虎
【申請(qǐng)人】福建農(nóng)林大學(xué)