基于ZigBee的森林火灾监测设计

摘要：为了监测森林火险因于和着火点，并及时预防和消灭火灾，提出了基于ZigBee的森林火灾监测系统设计，系统由信息采集、无线收发、火灾监控功能模块组成。系统采用烟雾传感器、温湿度传感器、风力传感器采集各林区的环境参数信息，基于JN5139无线微控制器实现无线通信功能，并对传感器采集的环境参数数据进行处理和分析，监控中心根据分析结果实现火险预报、火情监测、应急预案功能。基于ZigBee的森林火灾监测系统可以实时监测林区环境参数信息，从而及时地预防森林火灾的发生或高效地实施火灾救援工作。
关键词：Zigbee；森林火灾；传感器；JN513

森林是林木、伴生植物、动物及其与环境的综合体。它是地球上的净化库、基因库、碳贮库、蓄水库和能源库，对维系整个地球的生态平衡起着至关重要的作用，是人类赖以生存和发展的资源和环境，具有经济、生态和社会三大效益。但是由于异常自然或非法人为因素，森林会发生一些火灾，森林火灾是一种突发性强，破坏性大，处置救助较为困难的自然灾害，如果森林发生火灾，将会对林木、生命财产、生态系统、社会造成严重的危害。森林火灾监测是森林防火的重要基础。目前，我国森林防火主要采用人工巡逻的方式，由于森林面积大，及时、准确地发现火源存在一定的难度。
针对森林火灾监测的重要性和不足之处，本文提出基于ZigBee无线传感网技术设计森林火灾监测系统。该系统可以实时采集林区的相关环境参数，为相关部门预警和灭火提供重要的决策依据。

1 森林火灾监测系统总体设计
在森林火灾监测中，林中空气的温度和湿度会影响可燃物物理性质，它们是森林火险变化的重要指标，是火灾监测的重要参数。当有林火发生时，林中的烟雾浓度和风向是火灾蔓延的重要因素。因此，温度、湿度、风向与风速、烟雾浓度是森林火灾监测的关键参数，森林火灾监测系统需要实时采集森林中各个位置的这些环境参数，并将这些参数值传输到监控中心进行处理，就可以发现火灾易发或已发区域，从而及时地消灭火灾。森林是一个高密度树木区域，树木的分布具有距离短、面积广、随机的特性，本文提出采用基于ZigBee技术的无线传感器网络对森林火灾进行监控。ZigBee是一种低成本，低功耗、近距离、低复杂度、自组织的无线组网通讯技术。ZigBee无线传感器网络，与现有的有线系统相比，ZigBee无线解决方案的优势在于灵活的安装布置、低廉的安装费用、耗能低、可靠性高，因此基于ZigBee无线传感器网络适用于森林火灾实时监测。
1．1 森林火灾监测系统结构
在森林火灾监测系统中，需要进行信息采集、处理、传输，控制结果输出执行等操作。传感器节点是构成无线传感器网的基本要素，具有信息采集、信息处理和无线通信功能，它们既是数据包传输的发起者，也是数据包的转发者。传感器节点被随机、密集地布设在森林中，各林区的传感器节点自组织成簇，传感器节点为簇成员，负责林区环境信息的采集。传感器节点将采集的数据传送到簇首节点，簇首节点负责对采集簇内信息采集节点的数据融合，然后传送给汇聚点，汇聚节点以多跳的方式与各簇首节点通信，收集各林区环境信息，将数据送到控制中心，控制中心进行综合处理，监测各林区火险情况。森林火灾监测系统结构如图1所示。