论文部分内容阅读
摘要 设计了一种将ZigBee技术引入到牧场火情监测系统中的方案，构建一个基于ZigBee无线传感器网络的牧场火情实时监测系统。该系统可以实时监测牧场的相关参数，如空气湿度、温度及牧场的烟雾浓度变化情况等，为牧场防火灭火提供信息支持。研究了ZigBee无线传感器网络节点的电路设计、节点信息的采集、数据融合、传输以及传感器网络的有效拓扑结构。
关键词 ZigBee；火情监测；牧场
中图分类号 S126；TP368.1；TP212 文献标识码 A 文章编号 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
牧場资源丰富，每年春秋季节正是天气干燥牧场火灾易发的时期，火灾发生频繁给牧民带来巨大的人员伤亡和经济损失。传统的火险预报基本上是根据卫星遥感进行监测，但是不能实时地反映被监测区域的火险等级。该设计采用传感器技术对牧场火险的相关关键信息进行自动化实时采集，进而进行及时处理，将牧场火灾的事故发生率降至最低。
鉴于现在国内科技水平的成果，该设计基于ZigBee来实现对牧场火情的实时监测。它具有低功耗、低成本的优点。由于ZigBee是一种无线组网通讯技术[1]，无需进行线缆铺设，因而只需定点安放固定的节点，就可以实现数据的收集和处理，大大节约建设成本。
1 系统结构
系统监测分站采集各种传感器的数据，通过ZigBee无线网络传送给监测中心，可作为ZigBee网络中的路由器或RFID。ZigBee无线数据传输系统网络节点的硬件部分主要由微处理器模块、无线通讯模块、数据采集模块等模块组成，如图1所示。
1.1 CC2430射频模块设计
CC2430[2]在单个芯片上整合了微控制器、ZigBee 射频（RF）前端和内存。它使用1个8位MCU（8051）、内置8 kB的RAM和128 kB可编程闪存，还包含模拟数字转换器（ADC）、定时器（Timer）、AES128协同处理器、21个可编程I/O引脚等电路。CC2430采用0.18 μm CMOS工艺生产；在发射和接收模式下，电流损耗分别低于27或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命较长的应用。
1.2 传感器模块
温度和湿度的测量采用DHT11数字化温度湿度传感器。此传感器可以同时测量温度和湿度，将信号数字化输出给处理器模块，接口简单，体积小，功耗低。
烟雾的测量采用MQ2型烟雾传感器模块。此传感器具有成本低、寿命长、灵敏度高等特点。
参考文献
[1]吕鑫，王忠.ZigBee无线数据传输模块的设计与实现[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2010（7）：29-32.
[2] 王玮，樊则宾.基于CC2430的无线温度检测终端的设计[J].电子工程师，2007（8）：83-85.
[3] 房好帅，李楠，王慧娟.基于ARM与ZigBee的嵌入式无线传感器网络网关的设计[J].北华航天工业学院学报，201（3）：27-30.
关键词 ZigBee；火情监测；牧场
中图分类号 S126；TP368.1；TP212 文献标识码 A 文章编号 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
牧場资源丰富，每年春秋季节正是天气干燥牧场火灾易发的时期，火灾发生频繁给牧民带来巨大的人员伤亡和经济损失。传统的火险预报基本上是根据卫星遥感进行监测，但是不能实时地反映被监测区域的火险等级。该设计采用传感器技术对牧场火险的相关关键信息进行自动化实时采集，进而进行及时处理，将牧场火灾的事故发生率降至最低。
鉴于现在国内科技水平的成果，该设计基于ZigBee来实现对牧场火情的实时监测。它具有低功耗、低成本的优点。由于ZigBee是一种无线组网通讯技术[1]，无需进行线缆铺设，因而只需定点安放固定的节点，就可以实现数据的收集和处理，大大节约建设成本。
1 系统结构
系统监测分站采集各种传感器的数据，通过ZigBee无线网络传送给监测中心，可作为ZigBee网络中的路由器或RFID。ZigBee无线数据传输系统网络节点的硬件部分主要由微处理器模块、无线通讯模块、数据采集模块等模块组成，如图1所示。
1.1 CC2430射频模块设计
CC2430[2]在单个芯片上整合了微控制器、ZigBee 射频（RF）前端和内存。它使用1个8位MCU（8051）、内置8 kB的RAM和128 kB可编程闪存，还包含模拟数字转换器（ADC）、定时器（Timer）、AES128协同处理器、21个可编程I/O引脚等电路。CC2430采用0.18 μm CMOS工艺生产；在发射和接收模式下，电流损耗分别低于27或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命较长的应用。
1.2 传感器模块
温度和湿度的测量采用DHT11数字化温度湿度传感器。此传感器可以同时测量温度和湿度，将信号数字化输出给处理器模块，接口简单，体积小，功耗低。
烟雾的测量采用MQ2型烟雾传感器模块。此传感器具有成本低、寿命长、灵敏度高等特点。
参考文献
[1]吕鑫，王忠.ZigBee无线数据传输模块的设计与实现[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2010（7）：29-32.
[2] 王玮，樊则宾.基于CC2430的无线温度检测终端的设计[J].电子工程师，2007（8）：83-85.
[3] 房好帅，李楠，王慧娟.基于ARM与ZigBee的嵌入式无线传感器网络网关的设计[J].北华航天工业学院学报，201（3）：27-30.