基于北斗和ZigBee的森林环境监测系统研究

于泓博　贾炀　王治良

【摘 要】针对目前森林环境质量监测系统大多操作复杂及不能远距离报警的弊端。因此，设计了基于无线传感器网络模块的森林环境监测系统。此系统可以在远距离的状况下自动完成组网，实现对土壤的温度、湿度和烟雾空气指标的监测功能；系统中采集端主控模块主要完成对多种类传感器采集的信息，并进行显示与参数的设置，设计中采用数字式温湿度传感器采集空气中的监测对象，空气指标数据通过每个子模块中的无线传感器网络路由及终端节点，其中包括传感器组成的无线局域网进行数据的传输，所有信息汇总后由无线传感器网络协调节点模块整理后由显示屏实时显示，从而实现远程对森林环境中的空氣、土壤质量监控的目的。

【关键词】森林环境监测；无线通信网络模块；北斗模块；传感器模块

中图分类号：TP274 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0125-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.060

0 引言

目前无线传感器网络技术作为信息科学技术领域的前沿性技术，期中ZigBee网络的应用范围非常广泛，很多我们想象不到的地方也在使用ZigBee技术。我国自行研发的北斗卫星系统正全面的应用于各个行业，当北斗系统与无线网络系统组合将成为无线传感网发展的趋势，具有跨时代的价值和意义。

1 系统网络总体设计方案

系统网络主要包括北斗卫星系统和ZigBee网络。由北斗UM220-III N双系统高性能GNSS模块与ZigBee网络组成的监测系统框架如图1所示。ZigBee网络主要由协调器节点、路由节点与终端节点组成。结合此系统的具体使用环境场合，可以多种形式组网，协调器节点将作为网络系统的主要节点，完成对网络的建立与管理、环境数据收集管理及连接北斗终端发送数据。其他路由、支路节点与终端节点负责环境数据采集并发送数据至协调器节点节点。

2 系统硬件设计方案

系统硬件终端主要包括空气烟雾检测模块、土壤湿度检测模块、水温检测模块、Zigbee网络模块、ARM主控模块和GSM通信模块五部分。森林监测Zigbee网络系统组网框架如图2所示，协调器节点将作为网络主节点负责网络建立与管理、环境数据收集管理及连接北斗终端发送数据。

2.1 ZigBee模块核心接口电路设计

选择CC2530作为主节点的处理器，该芯片是全球首款支持ZigBee协议的片上系统（SOC）解决方案，集成了一个8051MCU 内核以及符合IEEE802.15.4 规范的2.4GHz 的无线收发器。芯片内部有8kb 的RAM，可选32/64/128kB的Flash 存储单元。ZigBee 主节点的硬件电路如如图3 所示。

传感器模块包括土壤湿度监测模块、空气烟雾监测模块、水温度监测模块三个传感器模块组成，分别接在图3的12、13、14管脚上。

2.2 土壤湿度监测模块接口电路设计

本设计采用土壤湿度传感器YL-69，以及相关的外围电路组成的简易湿度检测系统，传感器得到的土壤湿度信号，经电路转换为电信号，然后送到显示部分进行显示。实践证明该温湿度测量仪具有测量精度高、通用性强等特点，具有一定的实用价值。

3 系统软件总体设计方案

系统软件中主要内容是把1-100的号分配给终端节点，并根据终端节点的个数则其地址编号分别设为1号、2号…；101-200的号分配给路由节点，地址编码的设置与前面相类似；协调器节点的地址设为0xFF。终端传感器节点每一次采集处理数据时都会向网络里每个路由器节点发送一次.如图5所示。

4 总结

本文采用北斗卫星模块、传感器模块，ZigBee无线网络模块完成对森林进行检测，提出了完整的设计方案和设计方法，与传统的监测方法比较，具有实时和布网方便等特别，特别采用了我国自行研制的北斗系统，更具有实用价值。

【参考文献】

[1]于泓博，石磊.基于北斗卫星的森林火灾监控终端设计[J].计算机测量与控制，2012.4 ：991-993。

[2]YANG Y， TANG Y， CHE N C， et al. Integrated Adjustment of Chinese 2000. GPS Control Network[J].Survey Review，2009，41（313）：226-237.

[3]John W. Betz， Kevin R-Late Discriminator PartI： Lower Bound and Coherent Processing[J].IEEE Transactions On Aerospace and Electronic Systems，2009，10（45）：1538-1550.