本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)，屬于森林氣象監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
森林火災(zāi)是一種破壞性大、處置救助困難的自然災(zāi)害，它不僅會(huì)燒死樹木，直接減少森林面積，而且還會(huì)嚴(yán)重破壞森林結(jié)構(gòu)，引起空氣污染、水土流失、森林物種的減少甚至滅絕。為了預(yù)防以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，人們采取了許多措施，現(xiàn)在比較普遍的做法是在被控林區(qū)安裝監(jiān)控設(shè)備。
申請(qǐng)?zhí)枮?01310622376.1，申請(qǐng)日為2013年11月30日的發(fā)明專利公開了森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)裝置，包括JN5121-000-M02芯片、電源處理器、太陽(yáng)能電池組、連接在JN5121-000-M02芯片上的電源驅(qū)動(dòng)控制器、傳感器采集接口、RS-232通信接口和時(shí)鐘芯片，所述的電源處理器同時(shí)連接太陽(yáng)能電池組、N5121-000-M02芯片、電源驅(qū)動(dòng)控制器、傳感器采集接口、RS-232通信接口和時(shí)鐘芯片。該發(fā)明通過(guò)上述原理，能夠采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的信息，給森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)提供原始數(shù)據(jù)上的支持，得出森林火災(zāi)易發(fā)位置，消除火災(zāi)隱患，節(jié)省人力物力。
申請(qǐng)?zhí)枮?01410317685.2 ，申請(qǐng)日為2014年6月30日的發(fā)明專利涉及一種森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)使用ZigBee技術(shù)構(gòu)建一個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要由終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和發(fā)送節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。數(shù)字傳感器采集的環(huán)境參數(shù)主要有溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度等，把各個(gè)不同功能的節(jié)點(diǎn)按要求散布在森林中采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)測(cè)端和服務(wù)器控制端。該系統(tǒng)采用射頻芯片CC2431作為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊DTP-S05Ci相連，借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將終端節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到手機(jī)終端或互聯(lián)網(wǎng)中的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了森林火災(zāi)移動(dòng)預(yù)警的功能。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、技術(shù)復(fù)雜度低、成本低、實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
申請(qǐng)?zhí)枮?01510311371.6 ，申請(qǐng)日為2015年6月9日的發(fā)明公開了一種多數(shù)據(jù)融合的森林火災(zāi)智能識(shí)別系統(tǒng)，它包括紅外熱像儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、超聲波氣象站、地理信息系統(tǒng)和上位機(jī)，紅外熱像儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、超聲波氣象站和地理信息系統(tǒng)分別與上位機(jī)連接；所述的上位機(jī)上設(shè)置有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊專家系統(tǒng)，所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析紅外熱像儀采集的紅外圖像和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集的可見(jiàn)光圖像，并將分析后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥：龑＜蚁到y(tǒng)計(jì)算森林火災(zāi)的概率，超聲波氣象站提供森林的氣象數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)提供地理信息。該發(fā)明提供了一種多數(shù)據(jù)融合的森林火災(zāi)智能識(shí)別系統(tǒng)和方法，該方法將多種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合來(lái)進(jìn)行森林火災(zāi)預(yù)測(cè)，能顯著降低森林火災(zāi)的誤識(shí)率，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
目前的森林火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要側(cè)重采集各種氣象信息并提供預(yù)警信息，但在天氣條件惡劣時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的電路模塊由于長(zhǎng)期使用，且周圍環(huán)境惡劣，很容易出現(xiàn)信號(hào)采集的數(shù)據(jù)傳輸異常的情況，這樣很容易影響森林火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)階段預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)電路檢測(cè)模塊傳輸接口是否連接異常的情況，避免了由于接口連接異常導(dǎo)致影響整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)，包括火險(xiǎn)監(jiān)控終端、協(xié)調(diào)器、路由器和ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)路由器連接有n個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，m個(gè)路由器通過(guò)協(xié)調(diào)器與火險(xiǎn)監(jiān)控終端相連接，n和m為大于1的自然數(shù)；每個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等距設(shè)置在被控森林區(qū)域內(nèi)，均包括有ZigBee 模塊、氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊，所述的氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊分別與ZigBee 模塊相連接；所述ZigBee 模塊的輸出端通過(guò)天線收發(fā)器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進(jìn)行無(wú)線通訊；所述氣象監(jiān)測(cè)模塊，用于采集需要監(jiān)測(cè)的森林氣象信息；所述地理監(jiān)測(cè)模塊，用于采集需要監(jiān)測(cè)的森林地理信息；
所述的火險(xiǎn)監(jiān)控終端包括順序連接的數(shù)據(jù)接收模塊、森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)計(jì)算模塊、森林火險(xiǎn)預(yù)警信息生成模塊和預(yù)警信息發(fā)送模塊； 所述數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊采集的信息；所述森林火險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)接收到的信息計(jì)算森林火險(xiǎn)指數(shù)；所述森林火險(xiǎn)預(yù)警信息生成模塊，用于根據(jù)森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)計(jì)算模塊的計(jì)算結(jié)果生成森林火險(xiǎn)預(yù)警信息；所述預(yù)警信息發(fā)送模塊，用于發(fā)布森林火險(xiǎn)預(yù)警信息；
每個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括接口保護(hù)模塊，所述接口保護(hù)模塊一端與氣象監(jiān)測(cè)模塊連接，另一端與ZigBee 模塊連接，所述接口保護(hù)模塊用于自動(dòng)檢測(cè)氣象監(jiān)測(cè)模塊與ZigBee 模塊的連接是否異常；
所述接口保護(hù)模塊包括檢測(cè)器、計(jì)時(shí)器，串口開關(guān)和電平變換保護(hù)電路，其中檢測(cè)器、計(jì)時(shí)器和串口開關(guān)順序連接，串口開關(guān)和電平變換保護(hù)電路雙向連接，檢測(cè)器與電平變換保護(hù)電路連接。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述氣象監(jiān)測(cè)模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述溫度傳感器為熱電偶。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述風(fēng)速傳感器為超聲波風(fēng)速傳感器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述ZigBee 模塊為CC2530 模塊。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述協(xié)調(diào)器與火險(xiǎn)監(jiān)控終端通過(guò)RS232 串口相連接。
本發(fā)明所述一種基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng) ，采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
1、本發(fā)明設(shè)有接口保護(hù)模塊，可以克服現(xiàn)階段預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)電路檢測(cè)模塊傳輸接口是否連接異常，避免由于接口連接異常導(dǎo)致影響整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
2、本發(fā)明的接口保護(hù)模塊設(shè)有一個(gè)電平變換保護(hù)電路，對(duì)該接口保護(hù)電路能夠進(jìn)行限壓、限流，防止過(guò)壓、過(guò)流、沖擊電流或靜電等破壞本發(fā)明的內(nèi)部電路。
3、本發(fā)明運(yùn)用ZigBee無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，可以24小時(shí)監(jiān)控森林的氣象數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理，對(duì)林區(qū)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，并將預(yù)警信息即時(shí)發(fā)布，有效實(shí)現(xiàn)森林防火預(yù)警，節(jié)省人力物力。
4、本發(fā)明功耗低、使用方便、擴(kuò)展性高，有利于加快森林防火的智能化進(jìn)程，推廣價(jià)值高。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)，包括火險(xiǎn)監(jiān)控終端、協(xié)調(diào)器、路由器和ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)路由器連接有n個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，m個(gè)路由器通過(guò)協(xié)調(diào)器與火險(xiǎn)監(jiān)控終端相連接，n和m為大于1的自然數(shù)；每個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等距設(shè)置在被控森林區(qū)域內(nèi)，均包括有ZigBee 模塊、氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊，所述的氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊分別與ZigBee 模塊相連接；所述ZigBee 模塊的輸出端通過(guò)天線收發(fā)器與天線相連接，所述天線與所處的路由器進(jìn)行無(wú)線通訊；所述氣象監(jiān)測(cè)模塊，用于采集需要監(jiān)測(cè)的森林氣象信息；所述地理監(jiān)測(cè)模塊，用于采集需要監(jiān)測(cè)的森林地理信息；
所述的火險(xiǎn)監(jiān)控終端包括順序連接的數(shù)據(jù)接收模塊、森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)計(jì)算模塊、森林火險(xiǎn)預(yù)警信息生成模塊和預(yù)警信息發(fā)送模塊；所述數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收氣象監(jiān)測(cè)模塊和地理監(jiān)測(cè)模塊采集的信息；所述森林火險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)接收到的信息計(jì)算森林火險(xiǎn)指數(shù)；所述森林火險(xiǎn)預(yù)警信息生成模塊，用于根據(jù)森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)計(jì)算模塊的計(jì)算結(jié)果生成森林火險(xiǎn)預(yù)警信息；所述預(yù)警信息發(fā)送模塊，用于發(fā)布森林火險(xiǎn)預(yù)警信息；
每個(gè)ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)還包括接口保護(hù)模塊，所述接口保護(hù)模塊一端與氣象監(jiān)測(cè)模塊連接，另一端與ZigBee 模塊連接，所述接口保護(hù)模塊用于自動(dòng)檢測(cè)氣象監(jiān)測(cè)模塊與ZigBee 模塊的連接是否異常；
所述接口保護(hù)模塊包括檢測(cè)器、計(jì)時(shí)器，串口開關(guān)和電平變換保護(hù)電路，其中檢測(cè)器、計(jì)時(shí)器和串口開關(guān)順序連接，串口開關(guān)和電平變換保護(hù)電路雙向連接，檢測(cè)器與電平變換保護(hù)電路連接。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述氣象監(jiān)測(cè)模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述溫度傳感器為熱電偶。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述風(fēng)速傳感器為超聲波風(fēng)速傳感器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述ZigBee 模塊為CC2530 模塊。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述協(xié)調(diào)器與火險(xiǎn)監(jiān)控終端通過(guò)RS232 串口相連接。
本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)中溫度傳感器為熱電偶。熱電偶由兩個(gè)不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。再測(cè)出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體，所以稱之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點(diǎn)溫度變化1℃時(shí)，輸出電位差的變化量。對(duì)于大多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個(gè)數(shù)值大約在5～40微伏/℃之間。
本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的森林火險(xiǎn)氣象預(yù)警系統(tǒng)中風(fēng)速傳感器為超聲波風(fēng)速傳感器。超聲波風(fēng)速傳感器是利用超聲波時(shí)差法來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。聲音在空氣中的傳播速度，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加。若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會(huì)加快；反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反，它的速度會(huì)變慢。因此，在固定的檢測(cè)條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對(duì)應(yīng)。通過(guò)計(jì)算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。
本發(fā)明運(yùn)用ZigBee無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，可以24小時(shí)監(jiān)控對(duì)森林的氣象數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理，對(duì)林區(qū)火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，并將預(yù)警信息即時(shí)發(fā)布，有效實(shí)現(xiàn)森林防火預(yù)警，節(jié)省人力物力。
ZigBee是一種高可靠的無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展。ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無(wú)限擴(kuò)展。
ZigBee的特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Router)、傳感器節(jié)點(diǎn)(EndDevice)等三種角色。
本發(fā)明設(shè)有接口保護(hù)模塊，可以克服現(xiàn)階段預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)電路檢測(cè)模塊傳輸接口是否連接異常，避免由于接口連接異常導(dǎo)致影響整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本發(fā)明的接口保護(hù)模塊設(shè)有一個(gè)電平變換保護(hù)電路，對(duì)該接口保護(hù)電路能夠進(jìn)行限壓、限流，防止過(guò)壓、過(guò)流、沖擊電流或靜電等破壞本發(fā)明的內(nèi)部電路。
上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。