基于ZigBee和ARM技術(shù)的森林火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

　　森林在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，然而，森林火災(zāi)會(huì)給森林帶來(lái)嚴(yán)重危害。但是，人類在制服森林火災(zāi)上，卻依然尚未取得突破性的進(jìn)展，于是在火災(zāi)還在萌芽狀態(tài)立即撲滅它就顯得尤為重要。因此推廣森林火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有非常中的價(jià)值和意義。

　　森林火情監(jiān)控系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)在森里中的各種不同功能的傳感器節(jié)點(diǎn)采集各類森里環(huán)境參數(shù)，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，利用信息管理軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、分析處理等操作，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警。

　　目前，我國(guó)還有部分的森林火情監(jiān)控還采用興建瞭望塔、建立視頻監(jiān)控等方式。因?yàn)樯�林火�?zāi)經(jīng)常發(fā)生在人煙罕至的原始森林中，因此上述方式存在著諸多不足。鑒于此，提出了一種基于ZigBee+短波無(wú)線通信的森林火情監(jiān)控系統(tǒng)。ZigBee是一種近距離通信技術(shù)，適合傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)要求；短波作為一種遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。以上二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在森里火情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　1 通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　整個(gè)系統(tǒng)由3部分構(gòu)成，如圖1所示。

　　1）ZigBee網(wǎng)絡(luò)該網(wǎng)絡(luò)中的ZigBee模塊按功能不同，可分為End-Node和Coor-Node.End，是一種帶有傳感器的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，采集并無(wú)線發(fā)送森林環(huán)境信息；Coor-Node的組成，用途。在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所有的End-Node和Coor-Node節(jié)點(diǎn)按照Z(yǔ)igBee協(xié)議組成星型網(wǎng)絡(luò)。

　　2）中繼節(jié)點(diǎn)一個(gè)帶有為控制器的網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)，具有短波和ZigBee兩種協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換能力，ZigBee模塊部分接受ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)短波數(shù)傳電臺(tái)傳送送遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控中心，同時(shí)通過(guò)短波數(shù)傳電臺(tái)也能夠從上位機(jī)獲得各種控制和設(shè)置指令，并把這些指令傳送到ZigBee網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。

　　3）上位機(jī)監(jiān)控中心 上位機(jī)端，電臺(tái)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并數(shù)據(jù)由串口輸入上位機(jī)的管理軟件中，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)置和森林環(huán)境參數(shù)的顯示、查詢、存儲(chǔ)等功能。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)有ZigBee網(wǎng)絡(luò)的End-Node和Coot-Node節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)3部分組成。End節(jié)點(diǎn)采用XBee PRO 900XSC模塊作為無(wú)線收發(fā)模塊，Coot-Node節(jié)點(diǎn)采用ARM7+XBee PRO 900 XSC+Pt-205模塊構(gòu)成。中繼節(jié)點(diǎn)采用Pt-205模塊短波傳輸模塊。以下分析Coor-Node節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)方案。Coor-Node節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

　　Coor-Node處在系統(tǒng)的中間層，既要與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，又要與通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)與上位機(jī)監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這就要求其具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力�；�于此考慮，本設(shè)計(jì)方案選用了ST公司的STM32F103C8作為微控制器。STM32F103C8是基于一個(gè)實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位CortexTM-M3 core CPU的微控制器，并帶有64 kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。采用48腳封裝、極低的功耗，多個(gè)32位定時(shí)器，2路12位的ADC、1個(gè)CAN總線以及多達(dá)7個(gè)的外部中斷。

　　數(shù)傳電臺(tái)模塊選用FY602型號(hào)的數(shù)傳電臺(tái)，載頻433MHz ISM頻段，無(wú)需申請(qǐng)頻段，接口速率和信道速率可達(dá)到38 400 bps.干擾性強(qiáng)，接收靈敏度高，應(yīng)用廣泛。

　　ZigBee模塊DIGI公司推出的新型XBP24-BWIT-004.250 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。1 600 M的通信距離，支持AT和API命令集，工作頻段為868/915 MHz.特別適合遠(yuǎn)距離的組網(wǎng)要求。