基于ZigBee技術(shù)的牧場火情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要 設(shè)計(jì)了一種將ZigBee技術(shù)引入到牧場火情監(jiān)測系統(tǒng)中的方案，構(gòu)建一個基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的牧場火情實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測牧場的相關(guān)參數(shù)，如空氣濕度、溫度及牧場的煙霧濃度變化情況等，為牧場防火滅火提供信息支持。研究了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)信息的采集、數(shù)據(jù)融合、傳輸以及傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 ZigBee；火情監(jiān)測；牧場

中圖分類號 S126；TP368.1；TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05689-02

Abstract A solution that introduced ZigBee technology into the pasture fire monitoring system was designed， the realtime monitoring system based on ZigBee wireless sensor network was constructed. The system can realtime monitor the relevant parameters of pasture， such as air humidity， temperature and smoke concentration changes， which will provide information support for the ranch fire prevention. The circuit design of ZigBee wireless sensor network node， the node information collection， data fusion， transmission， and effective topology structure of sensor network were studied.

Key words ZigBee； Forest fire monitoring； Pasture

牧場資源豐富，每年春秋季節(jié)正是天氣干燥牧場火災(zāi)易發(fā)的時期，火災(zāi)發(fā)生頻繁給牧民帶來巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)的火險預(yù)報基本上是根據(jù)衛(wèi)星遙感進(jìn)行監(jiān)測，但是不能實(shí)時地反映被監(jiān)測區(qū)域的火險等級。該設(shè)計(jì)采用傳感器技術(shù)對牧場火險的相關(guān)關(guān)鍵信息進(jìn)行自動化實(shí)時采集，進(jìn)而進(jìn)行及時處理，將牧場火災(zāi)的事故發(fā)生率降至最低。

鑒于現(xiàn)在國內(nèi)科技水平的成果，該設(shè)計(jì)基于ZigBee來實(shí)現(xiàn)對牧場火情的實(shí)時監(jiān)測。它具有低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)。由于ZigBee是一種無線組網(wǎng)通訊技術(shù)[1]，無需進(jìn)行線纜鋪設(shè)，因而只需定點(diǎn)安放固定的節(jié)點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和處理，大大節(jié)約建設(shè)成本。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)監(jiān)測分站采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)測中心，可作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的路由器或RFID。ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件部分主要由微處理器模塊、無線通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等模塊組成，如圖1所示。

1.1 CC2430射頻模塊設(shè)計(jì)

CC2430[2]在單個芯片上整合了微控制器、ZigBee 射頻（RF）前端和內(nèi)存。它使用1個8位MCU（8051）、內(nèi)置8 kB的RAM和128 kB可編程閃存，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、定時器（Timer）、AES128協(xié)同處理器、21個可編程I/O引腳等電路。CC2430采用0.18 μm CMOS工藝生產(chǎn)；在發(fā)射和接收模式下，電流損耗分別低于27或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命較長的應(yīng)用。

1.2 傳感器模塊

溫度和濕度的測量采用DHT11數(shù)字化溫度濕度傳感器。此傳感器可以同時測量溫度和濕度，將信號數(shù)字化輸出給處理器模塊，接口簡單，體積小，功耗低。

煙霧的測量采用MQ2型煙霧傳感器模塊。此傳感器具有成本低、壽命長、靈敏度高等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂鑫，王忠.ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（7）：29-32.

[2] 王瑋，樊則賓.基于CC2430的無線溫度檢測終端的設(shè)計(jì)[J].電子工程師，2007（8）：83-85.

[3] 房好帥，李楠，王慧娟.基于ARM與ZigBee的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，201（3）：27-30.