基于无线传感网络的智能森林火灾防控系统的设计

图 4 风速风向监测仪 Fig.4 Wind speed and direction monitor
2.2 系统主程序流程图 本系统主程序设计由两部分组成，分别为前端监测程 序和后端预警程序。该系统基于 Keil uVision5 开发环境， 实现了监测森林各处的火情情况，通过 NRF24L01 传送 火灾信息并使语音播报模块、蜂鸣器进行报警，SIM800C 通信模块发生短信给救援队伍以提醒某处发生火灾等功 能。其主程序流程图如图 5 所示。 3 整体测试效果
Fig.6 Fire occurred
Fig.7 No fire
实现[D].沈阳:辽宁大学,2017.
4 结语
[5] 辛德奎,黄操军,甘龙辉.基于北斗和GPS的双模田间作业机车
本系统能够实时监测森林各处的温湿度、光强度、 定位系统[J].黑龙江八一农垦大学学报,2014,26(1):85-87+112.
第 40 卷 第 6 期 2022 年 6 月
数字技术与应用 Digital Technology &Application
Vol.40 No.6 Jun 2022
中图分类号:TP393
文献标识码:A
DOI:10.19695/12-1369.2022.06.63
文章编号:1007-9416(2022)06-0207-03
在后台监控中心中可以根据各处节点通过无线通信 网络传来的信息来观察森林中是否发生险情，如果发生 险情，则会进行报警，同时可以在 LCD 显示屏上面查 看发生火灾的位置。如图 6 所示为发生险情时，LCD 显 示屏上面所显示的内容，如图 7 所示为未发生险情时， LCD 显示屏上面所显示的内容。
208
前端监测系统
后端预警系统 图 1 整体流程框图 Fig.1 Overall flow diagram
收：西藏大学大学生创新创业训练计划项目（202010694010） 作者简介 ：杨晨（2002—），男，山东菏泽人，本科，研究方向 ：通信工程。
207
第 40 卷
本系统设计了一种基于粗糙集、BP 神经网络和 DS 证据理论的多传感器信息融合算法 : 首先把从现场所获取 的温度、湿度以及烟雾浓度等信息发送至粗糙集进行简化 处理，并生成规则和 BP 神经网络的模型结构 ；然后利用 BP 神经网络对数据进行反复训练，对简化后的子集进行 分类识别，计算出基本概率初值 ；最后把结果作为证据
输入至 DS 证据理论算法。通过 DS 证据理论对子集的分 类识别结果进行融合决策，从而完成整体的决策。 2 系统模型
2.1 智能森林火灾防控系统组成 该系统主要由 STM32F103ZET6 主控板、NRF24L01 无线通信模块、SIM800C 通信模块、火焰传感器、温湿 度传感器、烟雾传感器、GPS+ 北斗双模定位模块、风 速风向监测仪、蜂鸣器报警模块、语音播报模块、LCD 液晶显示模块组成 [3]。本系统通过在森林里布置一系列 的节点（每个节点上配有温度、湿度、烟雾、火焰等多 种传感器）。通过这些节点实时的收集外界数据，综合分 析判断是否有火灾发生。当森林中发生火情时，节点感 知到火情信息后，立刻联动周围的几个节点来进行进一 步的监测。然后通过无线通信模块把火情的具体位置以 及火灾信息发送到监控中心，监控中心进行报警并通知 救援队伍，使得救援队伍能够及时赶到进行救援。在无
基于无线传感网络的智能森林火灾防控系统的设计 *
西藏大学 杨晨 祁晋东 谢鑫焱 珠扎次仁
本文是基于嵌入式开发技术提出的一种基于无线传 感网络的智能森林火灾实时防控系统，以实现对森林各 处的环境进行实时监测，预警火灾发生的危险区域。该 系统以 STM32F103ZET6 芯片为主控板并搭载火焰传感 器、温湿度传感器、烟雾传感器等多种传感器综合判断 是否发生火情，通过风速风向检测仪判断风速风向，并 通过 NRF24L01 无线通信模块使语音播报模块、蜂鸣器 发出报警信号以及 SIM800C 通信模块通知救援队伍，使 损失尽可能地达到最小。该系统具有灵敏度高、成本低 廉、传输距离远、使用寿命长等优点。
烟雾浓度等信息，将采集到的数据进行融合处理来分析 [6] 李春林.无线传感器网络温湿度采集系统[D].西安:西安电子
林火险情，并将具体信息发送到监控中心，使损失尽可 科技大学,2014.
能的达到最小。该系统具有灵敏度高、成本低、寿命长 [7] 葛雅清.基于NRF24L01无线监控系统的设计[D].苏州:苏州大
山:浙江海洋学院,2015.
[2] 苏坡.基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统研究
[D].西安:长安大学,2015.
图 5 主[3程] 序陈流静程.图面向森林火灾监测的无线传感器网络定位算法的研究
[D].北京:北京邮电大学,2015.
图 6 发生火灾
图 7 未发生火灾
[4] 杨春柳.基于无线传感器网络的森林火灾监测系统的研究与
森林作为地球上的可再生自然资源及陆地生态系统 的主体，在人类生存和发展中起着不可替代的作用，而随 着全球气候变暖等一系列问题，森林火灾发生率也随之上 升，森林火灾一旦发生，最直观的危害是烧坏树木，减 少森林面积，还会影响林下野生植物资源，由于火灾的 干扰，野生植物的生存环境发生改变，使其无法存活 [1]。 森林火灾还会危害野生动物，破坏它们的栖息地，直接 烧伤甚至烧死动物，使生物多样性下降。可见森林火灾 给人民的生命财产和自然生态系统带来巨大的危害，因 此森林防火至关重要。本文提出的基于无线传感网络技 术的森林火灾实时防控系统能够有效预防森林火险，实 时监测林火险情，减小火灾损失，保护森林资源安全和 保障人民群众的生命财产安全 [2]。 1 预警模型的建立
送给救援队伍，使救援队伍实时了解森林的具体风速风 向，减小灭火难度并降低救援队伍的伤亡率 [7]。该模块 实物图如图 4 所示。
图 3 GPS+ 北斗双模定位模块 Fig.3 GPS+Beidou dual-mode positioning module
图 2 DHT11 Fig.2 DHT11 2.1.2 GPS+ 北斗双模定位模块 GPS 北斗模块是一种性能极高的 GPS 定位模块，它 具有 -162dBm 的超高跟踪灵敏度，这使得即使在复杂 的环境中也能准确定位。该模块具有低功耗、准确度高、 易于携带、抗干扰能力强等优点 [6]。在本系统中，该模 块通过无线传输模块把火灾发生的地理位置传输至监控 中心，使得救援队伍在较短时间内确定火灾发生的具体 位置。该模块实物图如图 3 所示。 2.1.3 风速风向监测仪 超声波风速风向仪其工作原理为发射连续变频超声 波信号通过测量相对相位来检测风速风向。与传统的风 速风向仪相比，超声波风速风向仪避免了因传感器启动 延时、解调电路延时、温度变化而造成的测量不准问题。 该模块通过无线传输网络把火情场地的风速风向信息传
杨晨 祁晋东 谢鑫焱等：基于无线传感网络的智能森林火灾防控系统的设计
2022 年第 6 期
图 5 主程序流程图 Fig.5 Main program flow chart
火险情，减小火灾损失，保护森林资源安全和保障人民
群众的生命财产安全，因此具有较高的社会价值。
引用
[1] 胡超.基于BP人工神经网络的区域森林火灾预测研究[D].舟
数字技术与应用
线传感系统监控范围内科学合理地放置了一些风速风向 监测仪并接入到无线通信网络中，实时监测风速及风向 等信息 [4]。救援队伍可通过无线通信网络实时接收这些 信息，进而掌握火场的具体情况并保证自己的人身安全。 其整体流程框图如图 1 所示。
2.1.1 温湿度传感器 DHT11 数字温湿度传感器，是一款应用专用的数字 模块采集技术和温湿度传感技术的温湿度复合传感器， 为确保产品的可靠性和准确性，它含有已校准数字信号 输出。此传感器含有电阻式测湿元件和 NTC 测温元件， 还和高性能 8 位单片机相连接，通过单片机实时的采集 本地湿度和温度。它具有反应速度快、抗干扰能力强的 优点。该传感器与火焰传感器、烟雾传感器共同使用， 三者综合分析来判断火灾是否发生，在一定程度上提高 了该系统的准确性 [5]。该模块实物图如图 2 所示。
等优点。该系统能够有效预防森林火险，实时监测森林 学,2015.
209