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，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，國內(nèi)已經(jīng)設(shè)計開發(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)、攝像機和 鏡頭系統(tǒng)、云臺控制系統(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)是整個系統(tǒng)的圖像顯示、圖像錄像控制中心，遠程控制功能 則向指揮調(diào)度人員提供現(xiàn)場圖像。這類方案的優(yōu)點是比較直觀，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)，能見度低， 識別度較低；
(2) 需要人工不斷對云臺進行操作，調(diào)整攝像機的角度來觀察四周 情況，實際使用時操作不方便，并且要安排多人對大量的攝像機畫面 進行識別，人工成本較高；
(3) —臺攝像機的觀測范圍較小，只有幾平方公里，如果要對大面 積的森林進行監(jiān)控，需要安置大量觀測點；
(4) 每個觀測點都由傳輸系統(tǒng)、攝像機和鏡頭系統(tǒng)、云臺控制系統(tǒng)、 電源系統(tǒng)和鐵塔等組成，成本較高；
(5) 實時性較差，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，而且具有網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、組網(wǎng)簡 單、靈活的優(yōu)勢?，F(xiàn)在ZigBee無線通信技術(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 指明了一個發(fā)展方向。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是基于ZigBee無線通信技術(shù) 開發(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)問題，本實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無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的多個ZigBee通信子網(wǎng) 和遠程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、 路由節(jié)點以及終端節(jié)點，終端節(jié)點與路由節(jié)點為子節(jié)點，每子網(wǎng)中唯 一的協(xié)調(diào)器節(jié)點為基站節(jié)點，子節(jié)點通過多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與 基站節(jié)點通信連接，基站節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控終端通信連 接，終端節(jié)點僅采集森林火情信息，路由節(jié)點采集森林火情信息及轉(zhuǎn) 發(fā)其它子節(jié)點傳輸來的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié) 點，基站節(jié)點將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠程監(jiān)控終端，遠程監(jiān) 控終端顯示出檢測到的森林火情信息并發(fā)出警報。
所述的基站節(jié)點包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運行 ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠程監(jiān)控終端進行通信的GSM收 發(fā)模塊以及GPS接收模塊，GPS接收模塊用來獲取子網(wǎng)中各子節(jié)點的 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)點包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運行
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。
所述的遠程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點進行通信的GSM收發(fā) 模塊，用于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機，GSM收發(fā)模塊與PC機通過 串口相連。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的效果和優(yōu)點
(1) 無需人為過多干涉正常情況下，只需遠程監(jiān)控中心長期有人 值守即可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍進行全方位監(jiān)控。同時，定期指定 人員檢查各基站節(jié)點工作狀況。相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，人力投入較小。
(2) 投資相對較小，節(jié)約成本從以上各個節(jié)點的構(gòu)成要素來看， 可以肯定整個監(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，實時性好子節(jié)點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，然后基站節(jié)點馬上向遠程 監(jiān)控中心報告消息?？梢詫崿F(xiàn)在可燃物未達到燃點或者未引起大火時 即發(fā)現(xiàn)問題，做到火情發(fā)現(xiàn)及時，將損失降到最低。
(4) 監(jiān)控范圍廣每個基站節(jié)點所轄的子網(wǎng)最多可以有65000個子 節(jié)點，所以，通過布設(shè)一些基站節(jié)點，可以實現(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)，能見度低的情 況下，監(jiān)控系統(tǒng)也會正常工作，不受影響。
綜上所述，采用森林火情預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)帶來的好處主要表現(xiàn)在 無需人為過多干涉，投資相對較小，節(jié)約人力、物力成本，火情發(fā)現(xiàn) 及時、準確，監(jiān)控能力強、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)的風險，減少森林資源的損失，實現(xiàn)最大程度保護森林資源的功能，而且也將為建設(shè)和諧社會做出重要貢獻。

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

圖1是本實用新型的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層次圖，本實用新型構(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 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的多個ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)和遠程監(jiān)控終端構(gòu)成，每 個ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)又稱為子網(wǎng)，包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點以及終 端節(jié)點，其中所有的路由節(jié)點與終端節(jié)點稱為子節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點稱 為基站節(jié)點，子節(jié)點通過多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點通信連 接，基站節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點僅采 集森林火情信息，路由節(jié)點采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點傳輸 來的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點，基站節(jié)點將接收 到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠程監(jiān)控終端，遠程監(jiān)控終端顯示出檢測到 的森林火情信息并發(fā)出警報。
基站節(jié)點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， 用于運行ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠程監(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)模塊通過串口與運行ZigBee 協(xié)議棧的微處理器的串口相連。GPS接收模塊通過串口與運行ZigBee 協(xié)議棧的微處理器的串口相連。其中GPS數(shù)據(jù)接收模塊用來獲取子網(wǎng) 中各子節(jié)點的位置數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)初始化的時，基站節(jié)點將各自的GPS 數(shù)據(jù)發(fā)送給子網(wǎng)內(nèi)的每個子節(jié)點，采用三角測量等方法進行計算，每 個子節(jié)點將相應(yīng)地得到各自的位置數(shù)據(jù)并存入各自存儲介質(zhì)中。子節(jié)點包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運行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 個端口連接多個溫度傳感器，以增加感測范圍。子節(jié)點中的路由節(jié)點 即要負責轉(zhuǎn)發(fā)相鄰節(jié)點的信息，也要負責采集森林火情信息。
遠程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點進行通信的GSM收發(fā)模塊，用 于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機，GSM收發(fā)模塊與PC機通過串口相連。
子節(jié)點采用電池供電，基站節(jié)點采用交流電網(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，每個基站節(jié)點 首先通過其GPS接收模塊獲取子網(wǎng)中各子節(jié)點的位置信息，然后將所 得信息發(fā)送給每個子節(jié)點，采用三角測量等方法進行計算，每個子節(jié) 點將相應(yīng)地得到各自的位置數(shù)據(jù)并存入各自存儲介質(zhì)中；每個子節(jié)點 都載有溫度傳感器，當檢測到溫度值大于系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的某一臨界點 (如70攝氏度)時，自動向同一子網(wǎng)中的基站節(jié)點發(fā)送檢測到溫度 值及其位置數(shù)據(jù)；每個子節(jié)點采用電池供電，當電池電量不足，下降 到預(yù)先設(shè)置的某一基值(如高于節(jié)點最低工作電壓0.2伏)時，相應(yīng) 子節(jié)點會自動向基站節(jié)點報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；基站節(jié)點接收到子節(jié)點發(fā)送來的火災(zāi)預(yù)警信息 或欠壓信息后，通過GSM網(wǎng)將其轉(zhuǎn)發(fā)給遠程監(jiān)控終端，遠程監(jiān)控終端 通過可視化界面顯示出檢測到火情預(yù)警信息的子節(jié)點的位置或欠壓 節(jié)點的位置，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)點的 電池。
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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無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的多個ZigBee通信子網(wǎng)和遠程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點以及終端節(jié)點，終端節(jié)點與路由節(jié)點為子節(jié)點，每子網(wǎng)中唯一的協(xié)調(diào)器節(jié)點為基站節(jié)點，子節(jié)點通過多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點通信連接，基站節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點僅采集森林火情信息，路由節(jié)點采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點傳輸來的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點，基站節(jié)點將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠程監(jiān)控終端，遠程監(jiān)控終端顯示出檢測到的森林火情信息并發(fā)出警報。
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)點包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收 發(fā)器，用于運行ZigBee協(xié)議棧的微處理器，用于和遠程監(jiān)控終端進 行通信的GSM收發(fā)模塊以及GPS接收模塊，GPS接收模塊用來獲取子 網(wǎng)中各子節(jié)點的位置數(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)模塊通過串口與運行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，其特征在于所述的GPS接收模塊通過串口與 運行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)點包括用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的收發(fā)器，用于運行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程監(jiān)控終端包括用于和基站節(jié)點 進行通信的GSM收發(fā)模塊，用于處理、顯示接收數(shù)據(jù)的PC機，GSM 收發(fā)模塊與PC機通過串口相連。
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)點采用電池供電，基站節(jié)點采用交 流電網(wǎng)供電。
專利摘要本實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無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的多個ZigBee通信子網(wǎng)和遠程監(jiān)控終端構(gòu)成，其中每個ZigBee通信子網(wǎng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點以及終端節(jié)點，終端節(jié)點與路由節(jié)點為子節(jié)點，每子網(wǎng)中唯一的協(xié)調(diào)器節(jié)點為基站節(jié)點，子節(jié)點通過多跳的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)與基站節(jié)點通信連接，基站節(jié)點通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控終端通信連接，終端節(jié)點僅采集森林火情信息，路由節(jié)點采集森林火情信息及轉(zhuǎn)發(fā)其它子節(jié)點傳輸來的信息，逐步將信息轉(zhuǎn)發(fā)給同一子網(wǎng)的基站節(jié)點，基站節(jié)點將接收到的森林火情信息轉(zhuǎn)發(fā)給遠程監(jiān)控終端，遠程監(jiān)控終端顯示出檢測到的森林火情信息并發(fā)出警報。
文檔編號H04L12/28GK201248048SQ200820120948
公開日2009年5月27日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)城市學(xué)院