2014“TImc尼龙滑轮”全国大学生嵌入式物联网设计大赛 作品设计报告
Forest fire prevention monitoring system
设
计
报洛克沙胂
告
参赛学校：西安工业大学
作 者：郝腾腾 侯灿灿 白海军
指导教师：任安虎
摘 要
森林是人类的发源地,为人类原始文化的创立提供了场地。森林是陆地生态系统的主体,是陆地上面积最大、结构最复杂、生物量最多、初级生产力最高的生态系统。为了更好的保护森林资源，我们设计了森林火灾预防监测系统。能及时的获取到森林中的各项数据，并且及时传回，分析可能发生火灾的区域，或许发现火灾后及时报警。
本系统采用Zigbee技术，实现对大面积森林的安全环境状况进行监测。该网络具有极高的移动性与灵活性。在无线网的信号覆盖区域内，任何一个位置都可以接入网络。并且具有极高的性价比。 关键词： Zigbee、森林火灾监测、高性价比
Abstract
The forest is the cradle of humankind, providing a venue for the creation of human primiti
ve culture. Forests are the main terrestrial ecosystems, is a land area is the largest, most complex structure, the most biomass, primary productivity ofecosystems. In order to protect forest resources better, we designed the forest fire prevention monitoring system. Timely access to all the data in the forest, andpromptly returned, analysis of possible fire area, fire alarm may be found.
The system uses Zigbee technology, realize the monitoring of the securityenvironment in large area forest. Mobility and flexibility of the network with high. In the wireless network coverage area, any one location can access network. Andhas a very high price.
Key words: Zigbee、Forest fire monitoring、河道生态护坡High price
目 录
目 录 0
第1章 绪 论 1
1.1 ZigBee 技术简介 1
1.1.1 设计背景 1
1.1.2 Zigbee技术概述 1
1.1.3 ZigBee 技术特点 2
1.1.4 CC 2530芯片简介 3
第2章 系统方案 5
2.1 系统总体方案 5
第3章 系统功能 7
3.1 系统功能 7
第4章 实现原理 8
4.1 系统网络结构 8
4.2 主要通信协议—Zigbee协议 9
夹网布
4.2.1 协议框架 9
4.2.2 通信流程 9
4.3 数据通信帧结构 10
4.3.1 协调器至PC数据帧格式 10
4.3.2 传感器至协调器数据帧格式 11
第5章 硬件框图 12
5.1 协调器模块硬件框图 12
5.2 数据采集终端硬件框图 12
5.2.1 温度检测终端硬件框图 12
5.2.2 烟雾采集终端硬件框图 13
5.2.3 火焰采集终端硬件框图 14
第6章 硬件电路简介 15
6.1 Zigbee节点硬件电路图 15
6.1.1 CC2530模块硬件电路 15
6.1.2 CC2530串口硬件电路图 15
6.2 火焰检测硬件电路图 16
6.2.1 火焰检测模块电路 16
6.3 温度检测硬件电路图 16
6.3.1 温度检测芯片SHT10连接电路 16
第7章 软件设计 18
7.1 PC机监控平台软件设计 18
7.2 协调器软件设计 19
7.3 终端节点软件设计 19
第八章 系统测试方案 22
8.1 Zigbee节点测试 22
8.2传感器芯片测试 22
8.3 PC监控平台软件测试 22
第九章 测试数据及结果分析 23
9.1测试仪器和设备 23
9.2温湿度传感器 23
9.3可燃气体传感器 23
9.4 火焰传感器 23
9.5 PC监控平台测试 24
9.6 手机接收短信模块测试 24
第十章 实现功能 25
红外光通讯第十一章 系统特 26
11.1 无线特 26
11.2 传感器特 26
11.3 PC监控平台特 26
结论 27
绪 论
ZigBee 技术简介
设计背景
森林是人类的发源地,为人类原始文化的创立提供了场地。森林是陆地生态系统的主体,是陆地上面积最大、结构最复杂、生物量最多、初级生产力最高的生态系统。因为长期以来人类对森林进行农用地开垦、森林资源大规模开发利用和森林灾害(尤其是火灾)和工业污染所造成的森林面积锐减,森林质量严重下降的现象越来越普遍。森林火灾是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，具有毁灭性的后果。森林火灾不只是烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的更新能力，引起土壤的贫瘠和破坏森林涵养水源的作用，甚而导致生态环境失去平衡。尽管当今世界的科学在日新月异地向前发展，但是，人类在制服森林火灾上，却依然尚未取得长足的进展。
为了更好的保护森林资源，我们设计了森林火灾预防监测系统。能及时的获取到森林中的各项数据，并且及时传回，分析可能发生火灾的区域，或许发现火灾后及时报警。及时预防防患于未然，及时向指挥台发送灾情防止火灾扩大。在时间上战胜火灾保护森林保护资源，更早发现灾情，及时报警，及时补救。
着眼于本次设计，我们决定使用更方便，更高效的无线通信网络。相对于有线网，无线网络不仅接入灵活、操作方便而且符合家庭内部网络的通讯特点。目前实现组建智能家居网络的技术括蓝牙、WiFi、以及极具发展潜力的ZigBee。ZigBee技术是近几年发展起来的一种短距离无线通信技术，应用在控制和监控场合的无线通信方式。它使用2.4GHz波段，采用跳频和扩频技术。鉴于ZigBee技术的低成本、低功耗，低速率的特点，使其成为我们本次设计的最佳选择。
Zigbee技术概述金丝雀定位
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee技术的命名主要来自于人们对蜜蜂采蜜过程的观察，蜜蜂在采蜜过程中，跳着优美的舞蹈，其舞蹈轨迹像“Z”的形状，其蜜蜂自身体积小，所需要的能量少，又能传送所采集的花粉，借此意义Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前Zigbee也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为Zigbee。
Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个价值一般都在百万元人民币以上，而每个Zigbee“”却不到1000元人民币。每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。
