基于北斗和ZigBee的森林環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究

于泓博　賈煬　王治良

【摘 要】針對目前森林環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)大多操作復(fù)雜及不能遠距離報警的弊端。因此，設(shè)計了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊的森林環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以在遠距離的狀況下自動完成組網(wǎng)，實現(xiàn)對土壤的溫度、濕度和煙霧空氣指標的監(jiān)測功能；系統(tǒng)中采集端主控模塊主要完成對多種類傳感器采集的信息，并進行顯示與參數(shù)的設(shè)置，設(shè)計中采用數(shù)字式溫濕度傳感器采集空氣中的監(jiān)測對象，空氣指標數(shù)據(jù)通過每個子模塊中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由及終端節(jié)點，其中包括傳感器組成的無線局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的傳輸，所有信息匯總后由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點模塊整理后由顯示屏實時顯示，從而實現(xiàn)遠程對森林環(huán)境中的空氣、土壤質(zhì)量監(jiān)控的目的。

【關(guān)鍵詞】森林環(huán)境監(jiān)測；無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊；北斗模塊；傳感器模塊

中圖分類號：TP274 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0125-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.060

0 引言

目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的前沿性技術(shù)，期中ZigBee網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍非常廣泛，很多我們想象不到的地方也在使用ZigBee技術(shù)。我國自行研發(fā)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正全面的應(yīng)用于各個行業(yè)，當(dāng)北斗系統(tǒng)與無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組合將成為無線傳感網(wǎng)發(fā)展的趨勢，具有跨時代的價值和意義。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要包括北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)。由北斗UM220-III N雙系統(tǒng)高性能GNSS模塊與ZigBee網(wǎng)絡(luò)組成的監(jiān)測系統(tǒng)框架如圖1所示。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要由協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點與終端節(jié)點組成。結(jié)合此系統(tǒng)的具體使用環(huán)境場合，可以多種形式組網(wǎng)，協(xié)調(diào)器節(jié)點將作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要節(jié)點，完成對網(wǎng)絡(luò)的建立與管理、環(huán)境數(shù)據(jù)收集管理及連接北斗終端發(fā)送數(shù)據(jù)。其他路由、支路節(jié)點與終端節(jié)點負責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)采集并發(fā)送數(shù)據(jù)至協(xié)調(diào)器節(jié)點節(jié)點。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

系統(tǒng)硬件終端主要包括空氣煙霧檢測模塊、土壤濕度檢測模塊、水溫檢測模塊、Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊、ARM主控模塊和GSM通信模塊五部分。森林監(jiān)測Zigbee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組網(wǎng)框架如圖2所示，協(xié)調(diào)器節(jié)點將作為網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點負責(zé)網(wǎng)絡(luò)建立與管理、環(huán)境數(shù)據(jù)收集管理及連接北斗終端發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.1 ZigBee模塊核心接口電路設(shè)計

選擇CC2530作為主節(jié)點的處理器，該芯片是全球首款支持ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)（SOC）解決方案，集成了一個8051MCU 內(nèi)核以及符合IEEE802.15.4 規(guī)范的2.4GHz 的無線收發(fā)器。芯片內(nèi)部有8kb 的RAM，可選32/64/128kB的Flash 存儲單元。ZigBee 主節(jié)點的硬件電路如如圖3 所示。

傳感器模塊包括土壤濕度監(jiān)測模塊、空氣煙霧監(jiān)測模塊、水溫度監(jiān)測模塊三個傳感器模塊組成，分別接在圖3的12、13、14管腳上。

2.2 土壤濕度監(jiān)測模塊接口電路設(shè)計

本設(shè)計采用土壤濕度傳感器YL-69，以及相關(guān)的外圍電路組成的簡易濕度檢測系統(tǒng)，傳感器得到的土壤濕度信號，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換為電信號，然后送到顯示部分進行顯示。實踐證明該溫濕度測量儀具有測量精度高、通用性強等特點，具有一定的實用價值。

3 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計方案

系統(tǒng)軟件中主要內(nèi)容是把1-100的號分配給終端節(jié)點，并根據(jù)終端節(jié)點的個數(shù)則其地址編號分別設(shè)為1號、2號…；101-200的號分配給路由節(jié)點，地址編碼的設(shè)置與前面相類似；協(xié)調(diào)器節(jié)點的地址設(shè)為0xFF。終端傳感器節(jié)點每一次采集處理數(shù)據(jù)時都會向網(wǎng)絡(luò)里每個路由器節(jié)點發(fā)送一次.如圖5所示。

4 總結(jié)

本文采用北斗衛(wèi)星模塊、傳感器模塊，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)模塊完成對森林進行檢測，提出了完整的設(shè)計方案和設(shè)計方法，與傳統(tǒng)的監(jiān)測方法比較，具有實時和布網(wǎng)方便等特別，特別采用了我國自行研制的北斗系統(tǒng)，更具有實用價值。

【參考文獻】

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