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基于ZigBee PRO的森林火灾预警监测系统设计 　　摘 要： 提出基于无线传感器网络技术（ZigBee PRO）的森林火险实时监测系统的设计方案，设计了一种基于TI公司的CC2531和Sensirion公司的传感器芯片SHT10的森林火灾预警监测系统，并对该系统的硬件、软件设计原理进行了分析。着重强调利用CC2531自带的USB 2.0通用串行接口，通过HID类设备自定义，实现了ZigBee网关和森林火险监控上位机之间的通信。与传统的串口通信方式相比，大大提高了数据传输的速率，有利于实时、大数据量的数据传输和采集。 　　关键词： ZigBee PRO； CC2531； 森林火灾； 实时监测； USB 2.0； HID 　　中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）01?0020?04 　　0 引 言 　　所谓森林火灾，主要指的是发生在野外森林中的、人类力量难以挽回且不断向外蔓延的、对森林生态环境和人类生存造成威胁的着火现象。由于森林环境特殊，其火灾的发生具有突发性，且灾后灭火工程巨大，造成的破坏明显。鉴于我国国土面积大、各地地形存在明显差别，气候条件也大有不同，加之人口较多、各地人口分布不均等原因，导致森林火灾发生的比较频繁。又因为国家对此缺少严格的监督，森林火灾一旦发生必将给我国的经济带来极大损失[1?2]。 　　森林防火是我国防灾减灾的一个重要组成部分，其中如何预防火灾的发生，在火灾初期及时发现火情是森林防火的关键。通过近年来对森林火灾发展过程的研究，人们发现林火发生前，一些环境参数如：环境温度、相对湿度、降水量会随着外部环境的变化而持续变化，当积累到一定阈值，才可能引发林火。因此，如果能够对林区的环境参数做到实时、准确地监测，无疑能够及时发现火灾隐患，从而极大地提高火险报警的主动性和准确性。 　　最近几年，信息技术快速更新，物联网如一匹黑马势头猛劲。而物联网中最关键的技术是无线传感器网络ZigBee，它是建立在IEEE 802.15.4标准基础上的一种通信范本。该通信协议具有自动组网、成本低、功耗低、通信协议简单、可靠性强等特点，在远程数据监控领域具有不可比拟的优势。目前其必威体育精装版标准是ZigBee 2007，该标准定义了ZigBee和ZigBee PRO的两个特性集[3?5]。ZigBee 2007/PRO和ZigBee比较起来，需要在技术方面做出下面的调整让其更加完备： 　　（1） ZigBee 2007/PRO是更加适用于商业和工业级别协议栈； 　　（2） ZigBee 2007/PRO适用于规模较大的网络（网路容量可以超过1 000个节点）； 　　（3） ZigBee 2007/PRO调整了路由形式，让路由更加稳定且占用内存更小； 　　（4） ZigBee 2007/PRO使用了高级跳频技术，供给跳频冲突规避技术，让其具有更好的抗干扰能力； 　　（5） ZigBee 2007/PRO可以分包传输长数据包； 　　（6） ZigBee 2007/PRO提供商业级的加密通信。 　　鉴于ZigBee 2007/PRO具有的相关特点和优势，该技术更适合在大范围复杂环境条件下的数据监测，如大范围农田或林区等。 　　1 总体设计 　　森林自然条件多样，气候条件不稳定，范围大同时无线干扰源较少，本系统设计基于较大范围覆盖，降低传感器节点功耗，实现可靠、稳定的信息采集和传输。按照防范森林火灾所需监看的参数特点，本次设计的监测系统整体结构主要由三大部分组成：用于采集温、湿度数据的无线传感器监控节点，采集各节点数据的无线传感器网关节点和监控数据处理中心等，如图1所示。 　　 　　图1 监测系统总体设计 　　其中，使用ZigBee PRO网络的终端节点和路由器节点作为森林火险监督网络的监看节点，将其随机分布在林区的被监控区域，用于监测并传输森林火灾预警中的相关参数，包括温度信息、湿度信息以及定位信息等。 　　此外，在对无线传感器节点的设计上，由于林区环境复杂，监控节点很难获得持续的集中供电，所以提高节点工作的长久持续性是着重考虑的问题。 　　监测系统收集数据的网关节点部分由ZigBee PRO网络中的协调器以及3G通信模块组成。协调器负责通过聚类路由协议采集各节点的监控数据及位置信息，再通过3G通信模块将数据传输到火灾监控中心。 　　监控中心把收集好的信息归集起来，经过剖析处理，根据所得到的相关参数，判断林区火灾预警情况和相关位置。 　　2 硬件设计部分 　　ZigBee PRO网络中的硬件有以下三种：协调器、路由器以及终端节点等。协调器的别称为网关节点，是整个体系内的关键设施，其主要职能是构建、开启和管理工作体系。在网络建立之初，