專利名稱：一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，更具體的說(shuō)，涉及 一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一些森林火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上基 本都由以下部件組成監(jiān)控管理指揮中心系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、攝像機(jī)和 鏡頭系統(tǒng)、云臺(tái)控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和鐵塔組成。林區(qū)監(jiān)控管理指揮 中心系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的圖像顯示、圖像錄像控制中心，遠(yuǎn)程控制功能 則向指揮調(diào)度人員提供現(xiàn)場(chǎng)圖像。這類方案的優(yōu)點(diǎn)是比較直觀，但不 足之處在于
(1) 受天氣條件影響較大，特別是在霧氣較重的山區(qū)，能見(jiàn)度低， 識(shí)別度較低；
(2) 需要人工不斷對(duì)云臺(tái)進(jìn)行操作，調(diào)整攝像機(jī)的角度來(lái)觀察四周 情況，實(shí)際使用時(shí)操作不方便，并且要安排多人對(duì)大量的攝像機(jī)畫面 進(jìn)行識(shí)別，人工成本較高；
(3) —臺(tái)攝像機(jī)的觀測(cè)范圍較小，只有幾平方公里，如果要對(duì)大面 積的森林進(jìn)行監(jiān)控，需要安置大量觀測(cè)點(diǎn)；
(4) 每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都由傳輸系統(tǒng)、攝像機(jī)和鏡頭系統(tǒng)、云臺(tái)控制系統(tǒng)、 電源系統(tǒng)和鐵塔等組成，成本較高；
(5) 實(shí)時(shí)性較差，必須等林火燃燒到一定程度才能發(fā)現(xiàn)火情，給撲 救工作帶來(lái)極大難度。
ZigBee聯(lián)盟于2004年12月中旬推出基于IEEE 802.15.4的
4ZigBee協(xié)議棧結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅具有低成本、低功耗、 低速率、低復(fù)雜度等特點(diǎn)，而且具有網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、組網(wǎng)簡(jiǎn) 單、靈活的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的成熟為森林火災(zāi)預(yù)警 監(jiān)控提供了一個(gè)良好的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境，也為森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控 指明了一個(gè)發(fā)展方向。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù) 開(kāi)發(fā)出一種森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，有效克服了傳統(tǒng)森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān) 控系統(tǒng)存在的不足之處。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案
一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于: 它由分布在森林中的多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的多個(gè)ZigBee通信子網(wǎng) 和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個(gè)ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、 路由節(jié)點(diǎn)以及終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)，每子網(wǎng)中唯 一的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為基站節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與 基站節(jié)點(diǎn)通信連接，基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通信連 接，終端節(jié)點(diǎn)僅采集森林火情信息，路由節(jié)點(diǎn)采集森林火情信息及轉(zhuǎn) 發(fā)其它子節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié) 點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程監(jiān) 控終端顯示出檢測(cè)到的森林火情信息并發(fā)出警報(bào)。
所述的基站節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運(yùn)行 ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn)行通信的GSM收 發(fā)模塊以及GPS接收模塊，GPS接收模塊用來(lái)獲取子網(wǎng)中各子節(jié)點(diǎn)的 位置數(shù)據(jù)，微處理器分別與收發(fā)器、GSM收發(fā)模塊、GPS接收模塊相 連。所述的子節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運(yùn)行
ZigBee協(xié)議桟的微處理器，用于采集火情信息的溫度傳感器、電源， 微處理器分別與收發(fā)器、溫度傳感器、電源相連接。
所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的GSM收發(fā) 模塊，用于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機(jī)，GSM收發(fā)模塊與PC機(jī)通過(guò) 串口相連。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的效果和優(yōu)點(diǎn)
(1) 無(wú)需人為過(guò)多干涉正常情況下，只需遠(yuǎn)程監(jiān)控中心長(zhǎng)期有人 值守即可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍進(jìn)行全方位監(jiān)控。同時(shí)，定期指定 人員檢查各基站節(jié)點(diǎn)工作狀況。相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，人力投入較小。
(2) 投資相對(duì)較小，節(jié)約成本從以上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成要素來(lái)看， 可以肯定整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)投入比傳統(tǒng)的要節(jié)約大量成本。
(3) 火情發(fā)現(xiàn)及時(shí)，實(shí)時(shí)性好子節(jié)點(diǎn)將采集的森林火情的溫度數(shù) 據(jù)以及自身的位置數(shù)據(jù)等發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)，然后基站節(jié)點(diǎn)馬上向遠(yuǎn)程 監(jiān)控中心報(bào)告消息。可以實(shí)現(xiàn)在可燃物未達(dá)到燃點(diǎn)或者未引起大火時(shí) 即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做到火情發(fā)現(xiàn)及時(shí)，將損失降到最低。
(4) 監(jiān)控范圍廣每個(gè)基站節(jié)點(diǎn)所轄的子網(wǎng)最多可以有65000個(gè)子 節(jié)點(diǎn)，所以，通過(guò)布設(shè)一些基站節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)控能力。
(5) 受天氣條件影響較小即使在霧氣較重的山區(qū)，能見(jiàn)度低的情 況下，監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)正常工作，不受影響。
綜上所述，采用森林火情預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)的好處主要表現(xiàn)在 無(wú)需人為過(guò)多干涉，投資相對(duì)較小，節(jié)約人力、物力成本，火情發(fā)現(xiàn) 及時(shí)、準(zhǔn)確，監(jiān)控能力強(qiáng)、范圍廣，受各種天氣條件制約少。所以， 森林火情預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)具備良好的發(fā)展前景，不僅可以大大降低大面 積森林火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，減少森林資源的損失，實(shí)現(xiàn)最大程度保護(hù)森林資源的功能，而且也將為建設(shè)和諧社會(huì)做出重要貢獻(xiàn)。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層次圖。
圖2是系統(tǒng)控制總流程圖。
具體實(shí)施方式

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層次圖，本實(shí)用新型構(gòu)造一種基于 ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，它由分布在森林中的多個(gè) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的多個(gè)ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端構(gòu)成，每 個(gè)ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)又稱為子網(wǎng)，包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及終 端節(jié)點(diǎn)，其中所有的路由節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)稱為子節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)稱 為基站節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點(diǎn)通信連 接，基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點(diǎn)僅采 集森林火情信息，路由節(jié)點(diǎn)采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點(diǎn)傳輸 來(lái)的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)將接收 到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端顯示出檢測(cè)到 的森林火情信息并發(fā)出警報(bào)。
基站節(jié)點(diǎn)在硬件方面主要包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器， 用于運(yùn)行ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端交互信息 的GSM收發(fā)模塊以及GPS數(shù)據(jù)接收模塊，微處理器分別與收發(fā)器、GSM 收發(fā)模塊、GPS接收模塊相連。GSM收發(fā)模塊通過(guò)串口與運(yùn)行ZigBee 協(xié)議棧的微處理器的串口相連。GPS接收模塊通過(guò)串口與運(yùn)行ZigBee 協(xié)議棧的微處理器的串口相連。其中GPS數(shù)據(jù)接收模塊用來(lái)獲取子網(wǎng) 中各子節(jié)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)初始化的時(shí)，基站節(jié)點(diǎn)將各自的GPS 數(shù)據(jù)發(fā)送給子網(wǎng)內(nèi)的每個(gè)子節(jié)點(diǎn)，采用三角測(cè)量等方法進(jìn)行計(jì)算，每 個(gè)子節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)地得到各自的位置數(shù)據(jù)并存入各自存儲(chǔ)介質(zhì)中。子節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運(yùn)行ZigBee協(xié) 議棧的微處理器，用于采集火情信息的溫度傳感器、電源，微處理器 分別與收發(fā)器、溫度傳感器、電源相連接。溫度傳感器連接微處理器 的中斷源引腳上。根據(jù)處理器的特性及具體需求，可以在處理器的多 個(gè)端口連接多個(gè)溫度傳感器，以增加感測(cè)范圍。子節(jié)點(diǎn)中的路由節(jié)點(diǎn) 即要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)相鄰節(jié)點(diǎn)的信息，也要負(fù)責(zé)采集森林火情信息。
遠(yuǎn)程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的GSM收發(fā)模塊，用 于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機(jī)，GSM收發(fā)模塊與PC機(jī)通過(guò)串口相連。
子節(jié)點(diǎn)采用電池供電，基站節(jié)點(diǎn)采用交流電網(wǎng)供電。
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)控制總流程圖，系統(tǒng)初始化時(shí)，每個(gè)基站節(jié)點(diǎn) 首先通過(guò)其GPS接收模塊獲取子網(wǎng)中各子節(jié)點(diǎn)的位置信息，然后將所 得信息發(fā)送給每個(gè)子節(jié)點(diǎn)，采用三角測(cè)量等方法進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)子節(jié) 點(diǎn)將相應(yīng)地得到各自的位置數(shù)據(jù)并存入各自存儲(chǔ)介質(zhì)中；每個(gè)子節(jié)點(diǎn) 都載有溫度傳感器，當(dāng)檢測(cè)到溫度值大于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的某一臨界點(diǎn) (如70攝氏度)時(shí)，自動(dòng)向同一子網(wǎng)中的基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送檢測(cè)到溫度 值及其位置數(shù)據(jù)；每個(gè)子節(jié)點(diǎn)采用電池供電，當(dāng)電池電量不足，下降 到預(yù)先設(shè)置的某一基值(如高于節(jié)點(diǎn)最低工作電壓0.2伏)時(shí)，相應(yīng) 子節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)向基站節(jié)點(diǎn)報(bào)告自身將處于欠壓狀態(tài)，并將自身的位置 數(shù)據(jù)發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)；基站節(jié)點(diǎn)接收到子節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的火災(zāi)預(yù)警信息 或欠壓信息后，通過(guò)GSM網(wǎng)將其轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端 通過(guò)可視化界面顯示出檢測(cè)到火情預(yù)警信息的子節(jié)點(diǎn)的位置或欠壓 節(jié)點(diǎn)的位置，指示人員快速的發(fā)現(xiàn)、消除火災(zāi)隱患或更換相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的 電池。
8
權(quán)利要求1、一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于它由分布在森林中的多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的多個(gè)ZigBee通信子網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個(gè)ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)，每子網(wǎng)中唯一的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為基站節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點(diǎn)通信連接，基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點(diǎn)僅采集森林火情信息，路由節(jié)點(diǎn)采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端顯示出檢測(cè)到的森林火情信息并發(fā)出警報(bào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于所述的基站節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收 發(fā)器，用于運(yùn)行ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端進(jìn) 行通信的GSM收發(fā)模塊以及GPS接收模塊，GPS接收模塊用來(lái)獲取子 網(wǎng)中各子節(jié)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，微處理器分別與收發(fā)器、GSM收發(fā)模塊、 GPS接收模塊相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于所述的GSM收發(fā)模塊通過(guò)串口與運(yùn)行ZigBee 協(xié)議棧的微處理器的串口相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù) 警監(jiān)控系統(tǒng)基站節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述的GPS接收模塊通過(guò)串口與 運(yùn)行ZigBee協(xié)議棧的微處理器的串口相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù) 警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的子節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運(yùn)行ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于采集火情信息的 溫度傳感器、電源，微處理器分別與收發(fā)器、溫度傳感器、電源相連 接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器連接微處理器的中斷源引腳 上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù) 警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行通信的GSM收發(fā)模塊，用于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機(jī)，GSM 收發(fā)模塊與PC機(jī)通過(guò)串口相連。
8、 根據(jù)權(quán)利1或2所述的一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于所述的子節(jié)點(diǎn)采用電池供電，基站節(jié)點(diǎn)采用交 流電網(wǎng)供電。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee傳感網(wǎng)的森林火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，它由分布在森林中的多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的多個(gè)ZigBee通信子網(wǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個(gè)ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)，每子網(wǎng)中唯一的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為基站節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點(diǎn)通信連接，基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點(diǎn)僅采集森林火情信息，路由節(jié)點(diǎn)采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端顯示出檢測(cè)到的森林火情信息并發(fā)出警報(bào)。
文檔編號(hào)H04L12/28GK201248048SQ200820120948
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者鄭增威 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)城市學(xué)院