基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统
基于无线传感器网络的环境监测系统设计和实现
基于无线传感器网络的环境监测系统设计和实现随着现代社会的高速发展和城市化的不断推进，环境污染逐渐成为人们关注的热点问题。
为了有效地预防和治理环境污染，需要对环境进行实时监控和管理。
基于无线传感器网络的环境监测系统应运而生，成为环境监测领域的重要工具。
本文将介绍基于无线传感器网络的环境监测系统的设计和实现。
一、无线传感器网络简介无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种利用无线通信技术构建的分布式、自组织、多传感器节点协作的网络系统。
WSN由大量的传感器节点、数据处理节点和控制节点组成，通过无线通信技术形成一个协同工作的整体。
每个传感器节点都具有一定的自主处理能力和通信能力，并能够自我组织形成网络。
传感器节点通常由微处理器、传感器、存储器和无线模块等构成。
二、环境监测系统的设计原理基于无线传感器网络的环境监测系统通常需要设计以下几个部分：1. 传感器网络部分传感器网络部分是整个系统的核心，主要由传感器节点和基站组成。
传感器节点负责采集环境参数，如温度、湿度、风速、气压等。
基站则负责接收、处理和传输数据。
2. 数据处理部分数据处理部分主要负责对传感器节点采集到的数据进行处理、分析、存储等操作。
这个部分需要使用一些数据处理技术和算法，如数据压缩、数据挖掘和机器学习等。
3. 数据显示部分数据显示部分主要是将处理后的数据以可视化的形式呈现给用户。
这个部分需要使用一些可视化工具和技术，如Web技术、图表控件、地图等。
三、基于无线传感器网络的环境监测系统的实现方法在实现基于无线传感器网络的环境监测系统时，需要考虑以下几个方面：1. 传感器节点的选择和部署选择合适的传感器节点对于提高系统的性能和精度至关重要。
传感器节点的部署也需要经过仔细的规划和布局。
2. 通信协议的选择需要选择合适的通信协议，如ZigBee、WiFi、LoRa等。
通信协议的选择将直接影响到系统的能耗、通信效率和可靠性。
基于ZigBee技术的无线环境监测系统研究
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构 使 得 无 线 通 信 范 围 内 的任 何 两 个 完 整 功 能 设 备 之 间 都 可 以相 互通 信 。整 个 监 控 系 统 数 据 传 输 过 程 ： 远 程 客 户端 监 控 主机 发 出 对 某 各 区 域 温 湿 度 情 况 的查 询请 求命 令 给 对 应 区域 无 线 传 感 器 网 络 的协 调 器 节 点 ， 协 调 器 根 据 命 令 给 出 的 地 址选 中要 查 询 的路 由节 点 ， 当路 由节 点接 到命 令 后 ， 激 活 它 能 够 覆 盖 到 的所 有 节 点 进行通信 ， 将 采 集 到 的信 息 ， 经Ａ ／ Ｄ转换后发送给路 由节点 ， 路
王 宝英 付 渊 夏 禹 （ １ 重 庆 电子 工程职 业 学 院 ， 重庆 ４ ０ １ ３ ３ １ ； ２ 重庆 水 泵厂有 限责任 公 司 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ３ ）
摘 要 出 了一 种 基 于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ协 议 的 用 于环 境 监 测 的 无 线 传 感 器 网 络 方 案 。 使 用
点 ，这 些 传 感 器 节 点 通 过 无 线 通 信 方 式 形 成 的 一个 自组 织 的 网 络 系 统 。节 点 之 间 相 互 协 作 ， 检测 、 数 据 采 集 转 换 和 处 理 网 络 覆 盖 区 域 内 的监 测 对 象 的信 息 ， 并发送给观察者。 系 统 的无 线 传 感 器 网络 采 用 的 是 网状 拓 扑 结 构 ， 这 种 拓 扑 结
基于ZigBee的森林防火监测系统的设计
第2期2021年04月石河子科技中图分类号：S762.2文献标识码：B文章编号：1008-0899（2021）04-0055-03本森林防火监测系统中将ZigBee 这一通信技术引入进来，从而建立了一个基于ZigBee 无线传感网络技术的森林防火监测系统。
该系统在森林中人工来散布节点,这些节点又通过自组织方式构成无线网络,以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中所需要的信息,将有关被测量的参数实时的发送给计算机，而这些计算机处于监测中心中,可以集中对测量的信息数据进行分析和处理，并和该地区正常的气候数据进行对比分析,由此就可以判断森林火灾是否具有发生的条件和可能，并且为有关的部门采取相应的决策,进行防火和灭火提供了充分依据。
1国内外研究现状和发展动态从国内来看，我国当前大部分气象部门所发布的森林火灾险情预报，以及些许地方发布的森林火灾险情预报都存在具体位置定位较抽象、时效性偏低等问题,对于实际的森林防火而言不是特别理想。
从全球的角度看，当今世界上所存在的诸如加拿大通过卫星来巡回监测的森林防火系统；美国常用的护林飞机；或是我国的365森林防火系统，都存在消耗费用高这一个共同的不足之处，要将其推广用于森林防火不太现实。
从整体角度来看,将ZigBee 无线网络技术设计成传感网络，就能较好的综合解决这些问题。
2系统软件的设计软件部分采用模块化设计，主要包括上位机软件程序、ZigBee 协调器传输、ZigBee 网关传输、ZigBee 终端节点检测传输四大模块。
如图1所示。
图1软件分块作者简介：黄和（1999~），男，汉，湖南娄底人，湖南工商大学计算机信息工程学院在读，本科，研究方向：电子信息工程。
吴望龙（2000~），男，汉，湖南岳阳人，湖南工商大学计算机信息工程学院在读，本科，研究方向：电子信息工程。
叶紫妮（2000~），女，汉，湖南临湘人，湖南工商大学计算机信息工程学院在读，本科，研究方向：物联网工程。
无线传感器网络在环境监测系统中应用论文
无线传感器网络在环境监测系统中的应用【摘要】本文介绍了在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的几点优势，分析了基于无线传感器网络技术的环境监测系统的体系结构，给出了三个典型应用领域中该系统的创新性构建方案，并对该类系统中的几种关键技术进行了研究，最后对无线传感器网络技术的应用前景进行了展望。
【关键词】无线传感器网络 zigbee ieee 802.15.4 能源管理数据融合近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。
通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。
无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。
一、无线传感器网络和zigbee无线传感器网络（wireless sensor network，wsn）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络系统。
人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，在工业自动化领域，利用无线传感器网络技术实现远程检测、控制，从而极大地扩展现有网络的功能。
传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。
zigbee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。
二、ieee 802.15.4/zigbee协议1、ieee 802.15.4标准ieee标准化协会针对无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术为低速无线个人区域网络（lr—wpan）制定了ieee 802.15.4标准。
该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。
同时zigbee联盟也开始推出与之相配套的网络层及应用层的协议，目的是为了给传感器网络和控制系统推出一个标准的解决方案。
基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统
Ｄ ｅ， Ｈ Ｎ ｊｎ Ｉ ｉ Ｚ Ａ Ｇ Ｕ－ Ｆ ｕ
（ ａｕｔ ｏ ｃａｉ ｌ Ｅｅｔ ｎｃＩ ｏｍ ｉｎ Ｃ ｉａＵ ｌｅ ｉ ｆ Ｆ ｃｌ ｆ ｈｎｃ ＆ ｌ ｒ ｉ ｒ ｒ ｍ ｏ ， ｈｎ ｎｖｍｔ ｏ ￣ ｙ Ｍｅ ａ ｃｏ ｄ ｙ ｉ ｃ８ Ｗｕ ａ ，Ｈ ｂｉ ３ ０ ４ Ｃ ｉ ） ｅ ， ， ｈｎ ｕ ｅ ４ ０７ ， ｈｎ ｎｅ ａ
ＷＳ ） 能够实时监测林区的大气温湿度及火灾烟雾浓度等参数 ， Ｎ， 具有监测范围广、 部署性好 、 数据传输可 靠性高、 对生态环境影响小等优点 ， 在森林环境监测中有着广阔的应用前景．
１ Ｚｇ ｅ ｉ ｅ无线传感器 网络技术 Ｂ
无线传感器网络是部署在区域内的大量具有传感 、 计算和通信能力的传感器节点通过 自组织方式构 成的多跳无线网络 ， 是无线通信、 嵌入式计算和分布式数据处理等多领域技术 的交叉融合 ［ ． ３ 传感器节 】
简单、 成本低、 可靠性高、 组网能力强等特点 ＂ 因此， ｇｅ 非常适用于无线传感器网络 ． ， Ｚ Ｂｅ ｉ
收稿 日期 ：０１ ０ — ２ ２１ － １ １ 修 回 日 ： １ － ５一 ２ 期 ２ １ ０ ｌ ０ 作者筒介 ： 飞（９６ ， 硬 士研 究生． 究方向： 入武系统及计算机软件． 狄 １８ 一） 男。 研 嵌 通讯作者张莉君（９５ ， ， １６ 一）女 剐教授． 研究方 向： 智能检测 及工业控１ ． Ｉ ｊ
点通常包括处理器、 存储器、 传感器、 无线通讯和电源等组件 ， 能够 同时进行数据的采集 、 处理以及无线传 输， 具有低功耗 、 小体积等优点 【 ． ６ 传感器节点之间分工协作 ， 】 可实时感知、 监测和采集分布区域 内监测对
象或周围环境的信息．
研究和设计一种基于无线传感器网络的环境监测系统
研究和设计一种基于无线传感器网络的环境监测系统环境监测在当今社会中变得越来越重要。
因为环境问题对人类的生活和健康产生了深远的影响，所以有必要开发一种基于无线传感器网络的环境监测系统。
这种系统可以实时监测和控制环境参数，如温度、湿度、气体浓度等，以保护环境和维护人类的健康。
本文将介绍研究和设计该环境监测系统的详细过程。
首先，我们需要选择适合的无线传感器网络技术。
目前，常用的无线传感器网络技术包括Zigbee、WiFi和LoRa等。
这些技术都有自己的优点和缺点。
我们需要根据环境监测系统的需求来选择合适的技术。
例如，如果监测范围广且传输距离较远，则LoRa技术可能是一个更好的选择。
而如果需要高速的数据传输和较小的网络延迟，则WiFi技术可能更适合。
其次，我们需要设计传感器节点。
传感器节点是环境监测系统的核心组成部分，负责收集环境参数并将其传输给基站。
为了实现高效的数据采集，我们需要选择合适的传感器。
温度传感器、湿度传感器、气体传感器和光照传感器都是常见的环境监测传感器。
另外，我们还需要考虑节点的能耗问题。
因为传感器节点的电池寿命是一个重要的因素，影响着系统的可用性。
因此，我们需要设计低功耗的传感器节点，同时尽量提高其工作效率。
然后，我们需要设置网络拓扑结构。
网络拓扑结构决定了节点之间的通信方式和路由方式。
常见的网络拓扑结构包括星型、树状、网状等。
在环境监测系统中，星型拓扑结构通常是一个不错的选择，因为它简单且易于管理。
在星型拓扑结构中，基站作为网络的中心，节点通过无线连接与基站通信。
此外，我们还需要考虑节点之间的信号传输距离和传输功率等因素，以确保网络的可靠性和稳定性。
接下来，我们需要设计数据收集和处理算法。
一旦传感器节点采集到环境参数，我们需要将这些数据传输到基站进行处理和分析。
在数据处理方面，我们可以使用各种算法来处理传感器数据，如平均值、滑动平均、傅里叶变换等。
此外，为了减少数据传输量和节省能源，我们可以在节点上进行数据预处理和压缩，只将重要的数据传输到基站。
基于CC2530-ZigBee的无线传感器网络的工业环境监测系统
苏州科技学院 张靓 ，郝万君 ，王鑫 ，徐 伟
半导 体 电子行 业主 要面 向精 密微 范 围是 一 ０ ～＋１ ５ ，采 集 精 度 可 相 连并 布置在 监测 区 ，负责以特 定 的 ４℃ ２℃
．℃ 数 电子 、集成 芯片 、光 电元 器件等 产 品 达 ±０ ５ 。 其 采 用 ＳＰＩ 据 接 口与 时 间 间 隔 采 集 温 、 湿 度 传 感 器 的 测 量 的 制 造 。 在 产 品 的 生 产 、储 存 及 运 输 ＣＣ ５ ０ ｉ ｂ ｅ 块 进 行 通 信 ，大 大 信 息 并 将 此 信 息 存 储 在 本 地 Ｆ ａｈ 。 ２ ３一Ｚ ｇ ｅ 模 ｌｓ 上
２ 汇 聚 节 点 （ ｉｋ Ｎ ｄ ） Ｓｎ ｏ ｅ 汇 聚 节 点 布 置 在 测 量 区 域 的边
用 以接 收和 存储 传感 器节 点的监 测结 缘 ，负责 接收 和存 储 由各 个传感 器节
Ｚｇ ｅ ｉ Ｂｅ 技术 ，从Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 果 ；基 站节 点连 接汇 聚节 点与监 控 中 点 发送 的温湿 度测量 结果 。 当汇聚节 Ｅ Ｅ ０ ．５４ 基 础上 发展 起来 的 ，是 最新 的一种 近 心 的计 算机 ，负 责传 感器 网络与 信息 点 接收 到数据 传送 的命令后 ，向其上 距离 、低 复 杂度 、低功 耗 、低数据 速 管理计算机之 间的通信 。 率 、低成 本 的双 向无线 通信 技术 ，该
要 及时 了解 监测情 况时 ，传 感器节 点
路 冗 余 复 杂 ，不 适 合 大 范 围 多 数 量 放 ３ 汇 聚 节 点 以 及 １ 基 站 节 点 ，如 图 也 具 备 以 独 立 数 据 包 的 形 式 向 接 收 设 个 个
基于ZigBee的传感器网络在森林防火系统应用
无性系对深层水 分的吸收。经测 量 ３ ａ生黑核桃优 良无性系 ， 主根长 ３ ９ 侧 根最长 ２ ３ ｌ须根最 ．４ｍ， ．０ ， ｎ
长 ０５ 根 径 比 ０ ７７， 侧 根 较 均 匀 地 分 布 在 主 ．２ｍ， ．８ 且
下， 无线网络技术 Ｚｇ ｅ 就 能设 计成传 感器 网络在 ｉ ｅ Ｂ
这方面发挥很好的功效 。
１ Ｚｇ ｅ 术介 绍 ｉＢ ｅ技
Ｚ Ｂｅ ｉ ｅ 是一种短距离 、 ｇ 架构 简单 、 消耗 功率和 低 低传输速率的无线通讯 技术 ， 主要适用 于 自动控制 、 传输 、 传感 、 监控和远程控制等领域 ， 可以嵌入各种设 备中， 同时支持地理定位功能 【 它 的物理层 、 Ａ Ｍ Ｃ
森林 是 人类 生 存 息 息 相 关 的 一 种 重要 的 生 态
心， 以便 明确森林的各项指标 ， 及时地 了解森林 的各 种情况 ， 防患于未然 ， 能在第一时刻消除隐患 ， 减少人 力、 物力的浪费和经济损失 。如果运用有线的设备对 森林进行监控显然是不符合客观实际的， 因为在森林 中大范 围地布线 ， 错综复杂 ， 不具备可行性。相 比之
常适 宜用于森 林防火 系统。它 可以构 架一个较 大范 围的 无线传 感 器网络 ， 于监 测 森林 的各项 指标 ， 用 收集必要 的
信息 ， 传到指挥 中心 ， 行数据分析 ， 进 从而对森林 的情 况进行 实时监 控。
关 键 词 ：森 林 防 火 ； ｉ ｅ ； 线 传 感 器 网络 Ｚｇ ｅ 无 Ｂ
了初步 基础 。通 过对 生 长情 况 、 开花结 实 规律 的调 查
研究 ， ９ ，（ ） ２５ ２ ０ ｌ ５ ８ ３ ： －９ ． ９ ８ ［ ］． ２ Ｉ Ｈ麦克丹尼 尔斯． 美坚 果栽 培 ｆ ． 京 ： 】 北 北 Ｍ］ ［ 国林 、 １ 出版社 ，
基于无线传感网络的环境监测系统
基于无线传感网络的环境监测系统摘要：无线传感器网络是目前环境监测领域研究的热点技术。
结合ZigBee和无线传感网络设计了集多种功能于一体的完整环境监测系统。
在本系统中，节点选用CC2530芯片作为zigbee通信模块，网关采用GPRS作为系统与3G网络的通信模式。
系统实现了采集温度、湿度、光线亮度等环境信息，并进行了相应处理，设计了网关数据处理软件算法。
系统具体的工作方式为：传感器节点对室内的环境信息进行采集并将数据以ZigBee无线自组网方式发送到无线传感网络的控制中心网关，网关负责将传感器数据处理后上传到云服务器；用户能够通过手机APP和网页查看，对于重要的警告信息网关会发短信到用户的手机，而服务器端会发邮件或微博提醒用户。
经过测试和使用，本系统运行可靠，能准确获取环境数据，网关和服务器端数据能够实时更新，环境参数能实现自动调节与校准。
关键词：环境监测；无线传感网络；ZigBee；GPRS1 相关工作本文研究目的是利用ZigBee 技术结合 WSN 设计安全高效的、个性化的环境监测系统。
许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。
系统以STM32 微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S 模式访问的监控中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN 精确化应用系统与实现的关键技术。
诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。
概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云计算、Android等最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。
基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统
第２ ９卷 第 ６期
２１ ０ ０年 ６月
探
索
Ｖ０ ． ９ ＮＯ ６ １２ ．
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰＬＯＲＡＴＩ ＯＮ Ｎ Ｌ Ｉ ＡＢＯＲＡＴＯＲＹ
Ｊｎ ｕ ．２ １ ００
基 于 Ｚｇ ｅ 无 线 传 感 器 网络 的森 林 火 灾 监 测 系 统 ｉＢ ｅ
汤 文 亮 曾祥 元 曹义 亲 ， ，
（ 华东 交通 大学 ａ 软件学 院 ； ． ． ｂ 信息工 程 学 院 ， 西 南 昌 ３ ０ １ ） 江 ３０３
摘 要 ： 对 目前全 球 森林及 荒地 火 灾的 严峻 形 势 ， 出 了一种 基 于 Ｚｇ ｅ 针 提 ｉＢ ｅ无线 传 感 器 网络 的森 林 火
面向森林环境信息监测的无线传感器网络节点的研制
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(useful-方案)基于ZigBee与GPRS的无线红外森林防火系统设计
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑：梁书第6卷第28期(2010年10月)基于ZigBee 与GPRS 的无线红外森林防火系统设计张波，刘宇红，刘春（贵州大学计算机科学与信息学院，贵州贵阳550025）摘要：基于ZigBee 智能无线传感器网络技术，并结合GPRS 和无线红外技术，设计了森林防火系统。
通过实时采集监测区域的温度、湿度和烟雾浓度等数据，监测及有效控制森林火情。
介绍了ZigBee 技术，阐述了系统的总体设计，硬件和软计实现方法。
通过试验，节点的灵敏度和网络传输达到理想效果。
关键词：ZigBee ；GPRS ；无线红外；森林防火中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)28-8144-02Design of Wireless Infrared Forest Fire Prevention System Based on ZigBee and GPRSZHANG Bo,LIU Yu-hong,LIU Chun(School of Computer Science and Information,Guizhou University,Guiyang 550025,China)Abstract:Based on ZigBee irrigation intelligent wireless sensor network,combing with GPRS technique and water-saving irrigation tech -nique,a design has been given to prevent forest fire.By collecting the information about temperature,humidity and smoke concentration in the monitoring area by real-time,it helps to monitor and effectively control forest fires.Introduce the ZigBee technology and describe the overall design of the system,hardware and soft dollars implementation.Through experiments,the sensitivity and network transmission of the node achieve the desired effect.Key words:ZigBee;GPRS;wireless infrared;forest fire prevention火灾是威胁森林安全的最大敌人，要保护森林资源和人类生存环境，就必须控制和消灭森林火灾。
基于Zigbee的森林防护系统设计
基矛
一
量 △ 曼 疆 盈 量△ 毫 乏 圈
的森林 防护 系统设ห้องสมุดไป่ตู้
黑龙江大庆 ； 文 ◎ 曹广华 １ 张承海 １ 金树波２（ 东北石 油大 学 电气信 息工程 学院 １ ２ ．大庆石油管理局 物探 公司 黑龙江大庆 ）
摘 要 ：针 对 森林 防护 的 特 点 ，设 计 了 般是通过更上 种 基 于 ｚ ｂ ｅ 森 林 防 护 系 统 。 系 统 由 层 （ 网络 层 ） ｉ ｅ的 ｇ 如 ｚ ｇ ｅ 协 调 器 、路 由 器 、终 端 节 点 和 上 位 Ｐ 的 安 全 机 制 来 ｉｂｅ Ｃ 机 组 成 。终 端 节点 采 集 地理 位 置 、空 气 湿 保 证 的 ［ ］ ４ 。 度 、温度 、气压 、光 强度等 参数 ，然后通 过 Ｚ ｇ ｅ 每 一 层 ｉｂｅ Ｍ 构建 的Ｚｉｂ ｅ ｇ ｅ 网络传 给协调 器 ，最 终由协调 （ ＡＣ、 网 络 器再把数 据通过Ｇ Ｒ 模 块传 到上位机 ，在上 或 应 用 层 ） ＰＳ 都 位机指挥 中心由工作人 员进行 数据分析 ，从 能 被 保 护 。 为 而对 森林 的情 况进行 实时监 控。 了 降 低 存 储 关键词 ：Ｚ ｇ ｅ ；Ｇ Ｒ ；终端 节点；森 要 求 ， 它 们 可 ｉｂｅ ＰＳ 林 防 护 以 分 享 安 全 引 言 钥 匙 。Ｓ Ｐ Ｓ 是 点 森 林 是 与 人 类 生 存 息 息 相 关 的 一 种 重 要 通 过 Ｚ ０ 行 Ｄ 进 的 生 态 资 源 。随 着 人 们 生 活 水 平 的 提 高 ， 人 初 始 化 和 配 置 图 １系统总体框 图 们 对 森 林 资 源 的 需 求 也 越 来 越 大 ， 导 致 森 林 的 ，要 求 实 现 面 积 减 少 ， 森 林 资 源 日益 宝 贵 。 因 此 森 林 防 高 级 加 密 标准 护显得 极为重要 ［， ］ １ ２ 。森林 防护主 要是防止 （ Ｅ ） 它 规 ＡＳ。 广 － 人 为破坏和 火灾 ，同时检测 环境指 标 以适 合 范 定 义 了信 任 温度传感器 ｎ ＝ 土壤养分测试倪 ＝ ＝ ｝ 树木 生长 。森林防护 系统并 不十分 复杂 ，它 中 心 的 用 途 。 ０ ｂ ● 孟 ｌ 只 需要收集位 于森林 各个位 置 的数 据，包 括 信任中心是在 湿度传感器 Ｕ Ｌ ＜＝ 热释电 传 ： ＝ 红外 感器 ０ 地理 位置 、空气 的湿度 、温度 、气 压、光 强 网 络 中 分 配 安 度 等 等 ， 并 定 时 把 收 集 到 的 相 关 数 据 传 给 数 全 钥 匙 的一 种 光强传感器 ： 压 力传感器 ｝ 据 分 析 中 心 ， 以 便 明确 森 林 的 各 项 指 标 ，及 令 人信任 的设 图 ２终端 节点 框图 时 地 了 解 森 林 的 各 种 情 况 ， 防 范 于 未 然 ， 能 备 。 在 无 线 传 在 第 一 时 刻 消 除 隐 患 ， 减 小 人 力 、物 力 的 浪 感 器 网 络 中 费和经 济损失 。如果运 用有线 的设备 对森林 Ｃ Ｍ ／ Ａ （ ＳＡＣ 载 进 行 监 控 显 然 是 不 符 合 客 观 实 际 的 ， 因 为 在 波 侦 听 多址 ／ 森林 中大范 围的布线 ，错 综复 杂，不 具备可 冲 突避 免 ）是 行性 。相 比之下 ，无线网络技 术Ｚ ｇ ｅ 就能 ｉｂｅ 种 非 常 有 效 在这方面发挥很好的功效。 的冲 突 控 制 方 ｚｉｂ ｅ 术 简 介 ｇｅ技 法 ，可 以 降 低 Ｚ ｇ ｅ 是 一 种 短 距 离 、 架 构 简 单 、 低 硬 件 的成 本 。 ｉｂｅ 消 耗 功 率 和 低 传 输 速 率 的 无 线 通 讯 技 术 ， 主 Ｚ ｇ ｅ 的 信 道 ｉｂ ｅ 要 适 用 于 自动 控 制 、 传 输 、 传 感 、 监 控 和 远 接 入 方 式 采 用 程控 制等领 域，可 以嵌入各 种设备 中 ，同时 这 种 方 法 ， 能 支 持 地 理 定 位 功 能 。Ｚ ｇ ｅ 主 要 支 持 三 种 组 有 效 地 减 少帧 ｉｂ ｅ 网形 式分别 是星形 网络 、 网状 网络 和簇状 网 的 冲 突 。 为抗 匪 ３系统应用量程序桎圈 络 它 的物 理 层 、Ｍ Ｃ 和 链 路 层 采 用 了 ＩＥ 干 扰 和 多 径 Ａ层 ＥＥ ８ ２ １ ． 个人 无线局域 网 ）协议 标准 ，并 衰 落 ，Ｚ ｇ ｅ 在物 理层采 用直接序 列扩频 和 节点连接各传感器 （ ０ ． ５ ４（ ｉｂ ｅ 如图２ ）即时采集数据 ， 在此基 础进行 了进一步 的完善 。其 网络层 、 频 率 捷 变 Ｆ 技 术 。 为 了保 证 帧 的 正 确 传 输 ， Ａ 经过数模 转换后 发送给 路 由器 ，再 由路 由器 应 用 层 和 高 层 应 用 规 范 （ Ｐ ） 由Ｚ ｇ ｅ 联 盟 Ｚ ｇ ｅ 在 Ｍ Ｃ 采 用 了两 个 措 施 ： 自动 请 求 重 传 给 ｚ ｇ ｅ 协 调 器 ， 然 后 通 过 Ｇ Ｒ 模 块 ，经 ＡＩ ｉｂｅ ｉｂｅ Ａ层 ｉｂｅ ＰＳ 制定 ［］ ３ 。它工作 在采用 直接 序列扩频 的工业 传Ａ Ｏ Ｒ 和帧缓存 。当一帧传给一个设备 时，如 外部 网络 传给控 制 中心 控制 中心对 数据进 电 状态而不 科学医疗 （ Ｓ ）频段 ，即２ ４ Ｈ 、９ ５ Ｈ 、 ＩＭ ． Ｇ ｚ １ Ｍ ｚ 果 接受设 备处 于忙或 者休眠源 管理 ～ 能接 收 行分 析 处 理 ， 了解 这 个 区域 的森 林 实 时情 ８ ８ Ｈ 的 免 执 照 频 段 ， 非 常适 用 于 无 线 传 感 该 帧 ，那 么网络 的主 协调设 备就暂 时缓存该 况 。 网 络 中 的 所 有 设 备 的Ｚ ｇ ｅ 的Ｍ Ｃ 都 拥 ６Ｍ ｚ ｉｂ ｅ Ａ 层 器 网络 。 帧 ， 直 到 接 收 端 能 接 收 该 帧 。 这 种 安 全 机 制 有 一 个 ６ 位 的 Ｉ Ｅ 地 址 ，一 般 使 用 ｌ 位 短 地 ４ ＥＥ ６ １ １ Ｚ ｂ ｅ 术 的特 点 ． ｉ ｅ技 使 得 整 个 网 络 具 有 高 的 稳 定 性 和 可 靠 性 ，便 址 来 减 少 数 据 包 大 小 。 在 放 置 节 点 时 ， 把 节 １ 通 信 可 靠 ： 系 统 采 用 了 Ｃ Ｍ — Ａ的 于 维 护 ［］ 、 ＳＡ Ｃ ５。 点 的 编 号 和 节 点 放 置 的 地 理 位 置 相 对 应 ， 并 碰 撞避 免机 制 ，避 免 了发 送数据 时 的竞争和 二 、 系统 总 体 设 计 输 入控制 中心 的数据库 。这样 只要记 录下终 冲突 ；采用 完全确 认的数 据传输 机制 ，保证 无 线 传 感 器 网 络 用 于 森 林 防 火 系 统 ，需 端 地 址 ， 再 根 据 节 点 编 号 就 可 以 很 容 易 确 定 信 息传 输 的可靠 性 。２ 网络 的 自组 织 、 自 、 要 在 森 林 中 由 人 工 散 布 节 点 ，这 些 节 点 通 过 传 感器 的地理位 置 。在 控制 中心收到数 据 以 愈能力强 ：Ｚ ｇ ｅ 的 自组织功 能：无 需人工 自组 织方式 构成无 线 网络 ， 以协 作 的方式感 后 ，通过对 数据 的分析 ，根据温 度 、湿 度 、 ｉｂ ｅ 干 预， 网络 节点能 感知其他 节 点的存在 ，并 知 、采集和 处理 网络覆盖 区域 中所需要 的信 土 壤 养 分 、光 强 度 以及 有 无 人 为破 坏 等 信 确 定 连 接 关 系 ， 组 成 结 构 化 的 网 络 。 Ｚ ｇ ｅ 息 ，可 以实现 对任 意地 点信息在 任意 时间 的 息 ， 看 是 否 需 要 人 为 处 理 ， 并 能 准 确 找 到 发 ｉｂ ｅ 自愈 功 能 ： 增 强 、删 除 或 移 动 节 点 ， 节 点 发 采 集 、 处 理 和 分 析 ［］ ６。 送危险信息的地理位置，及时处理。 生 故障等等 ，网络 能够 自我修 复无 需人工 干 节 点 电源 由两节 １ ５ 碱 性 电 池 组成 。 ．Ｖ ２ １ 数据传输流程 ． 预 ，保 证 整 个 系 统仍 然 能 正 常 工 作 。３ 、成 本 如 图 ｌ 示 ， 先 由 监 控 主 机 发 出 对 森 林 ｚ ｇ ｅ 工作在 低耗 电待机模式 下，一块 普通 所 ｉｂ ｅ 低廉设备的复杂程度低 。４ 、网络容量大 。 各项情 况指标 进行查 询 的请 求命 令 ，通 过卫 的碱 性 电池 可 支 持 一个 节 点 工 作六 个 月 到 １２ 安 全 性 及 可 行 性介 绍 ． 星或 者 Ｉ ｔ Ｆｌ ｔ 到ｚ ｇ ｅ 协 调器 ，接 着 两 年 时 间 ， 甚 至 更 长 。 这 是 ｚ ｇ ｅ 的突 出 优 ｎｅｒ 传 ｅ ｉｂｅ ｉｂ ｅ 安全 性对于个 人无线 局域 网来说 是极其 Ｚ ｇ ｅ 协 调 器 根 据 命 令 选 择 所 要 查 询 的 终 端 势 ， 特 别 适 合 应 用 于 低 成 本 的传 感 器 网 络 。 ｉｂ ｅ 重要 的，Ｚ ｇ ｅ 安 全机制 由安全服 务提供层 节 点 ；Ｚ ｇ ｅ 网络会 自动 搜寻路 径 ，当路 由 ｉｂ ｅ ｉｂ ｅ 把它 放入森 林里 ，可 以长 时间 的对 环境 的数 提 供 。 ＩＥ ８ ２ １． ／ ｉ ｂ ｅ 议 使 用 Ｍ Ｃ ＥＥ ０．５４Ｚｇｅ协 Ａ 层 器 收到控 制命令 以后 ，激活 与其相 连 的所 有 据 进 行 收 集 ， 不 需 频 繁 的 更 换 电 池 。控 制 中 的安全机制，来保证Ｍ Ｃ 令帧、信标帧和 响 节 点 ，进 行 通 信 。 因 为 森 林 面 积 不 定 ， 如 果 心 定 时 的 对 网 络 进 行 访 问 ， 每 隔 一 段 时 间 接 Ａ命 应 帧 的 安 全 性 。单 跳 的 数 据 消 息 是 通 过Ｍ Ｃ Ａ 层 面 积 大 则 需 多 级 路 由 ， 以使 传 输 可 靠 。 面 积 收 来 自节 点 的 数 据 。 所 以 节 点 不 是 一 直 都 处 的安全机 制来做 到的 ，而 多跳 的消息报 文
基于ZigBee与GPRS的无线红外森林防火系统设计
Ｃ ｍ ｕｅ Ｋ ｏ ｌ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ电 脑 知识 与技术 ｏ ｐ ｔｒ ｎ ｗｅ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｄ ｇ
Ｖｄ．， ． ８ Ｏｃ ｏ ｅ ０１ ， Ｐ． １ ４ １ ５ ６Ｎｏ２ ， ｔ ｂ ｒ２ ０ Ｐ ８ ４ －８ ４
基于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ与 ＧＰ Ｓ的无线红外森林防火系统设计 Ｒ
度、 湿度 和 烟 雾 浓度 等 数 据 ， 测 及 有 效控 制 森 林 火 情 。 绍 了 ｚ 邸 ｅ 技 术 ， 述 了系统 的总 体设 计 ， 监 介 ｉ Ｃ 阐 硬件 和软 计 实现 方 法。通过 试
验， 节点 的 灵敏 度 和 网络 传 输 达 到理 想 效 果 关 键 词 ： ｇ ｅ ； ＲＳ； 线 红 外 ； 林 防 火 ＺｉＢ ｅ ＧＰ 无 森 中 图分 类号 ： ￣ ７ Ｔ１ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ９ ３ ４ （０ ０ ２ — １ ４ ０ １ ０ — ０ ４２ １ ）８ ８ ４ — ２
ｔ ｅ ｎｏ ｃ ｅ ｅ ｔ ｅ ｉｅ ｆｅ ｔ ｈ ｄｅａ ｈｉｖ ｈｅ ｄ ｓｒ ｄ ｅ Ｃ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｙ ｗ ｒ ：ＺｉＢｅ ；ＧＰＫ Ｓ；ｗｉｅｅｓｉ ｒ ｒｄ；ｆ ｅｔｆｒ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｒ ｌｓ ｎｆａ ｅ ｏｒｓ ｅｐｒ ｖ ｎ ｎ最大 敌 人 ， 保 护森 林 资 源和 人类 生 存环 境 ， 必须 控 制和 消灭 森 林火 灾 。 目前 县级 以及 县级 以下森 林 防 要 就 火 系统 形式 单 一 、 备 落后 、 术 含 量 不高 ， 导 致 报警 时 间滞 后 ， 火 不 及 时 ， 得 力 ， 得 国家 和 人 民生 命 财 产受 到 损失 ， 设 技 故 救 不 使 森林 生 态 系统 、 态环 境 遭 到破 坏 。本 文提 出基 于 Ｚｇ ｅ 生 ｉ ｅ与 Ｇ Ｒ Ｂ Ｐ Ｓ的无 线红 外森 林 防 火 系统 ， 时监 测森 林 火情 ， 高 扑火 效 率 ， 小 损失 。 实 提 减
基于Zigbee无线传感网络的森林火灾实时监控系统
基于Zigbee 无线传感网络的森林火灾实时监控系统罗礼幸,梁文豪,方翰腾,陈桂滨（肇庆学院电子与电气工程学院，广东肇庆526061）摘要：森林火灾实时监控系统由Zigbee 单元、协调器和监测控制器三部分组成。
Zigbee 单元利用温湿度、一氧化碳、火焰和烟雾传感器采集周围的环境信息，再通过无线局域网络将采集到的环境信息发送到监测控制器；监测控制器以STM32芯片为主控芯片，将接收到的环境信息汇总，并通过4G 网络将数据传输到云端。
实验测试结果表明，森林火灾实时监控系统能够实现数据采集、远程传输、实时监控功能，并且运行稳定可靠。
关键词：Zigbee ；无线局域网络；森林火灾；数据采集；远程传输；实时监控中图分类号：S762.3文献标识码：A 文章编号：1005-7897（2021）06-0277-042020年11月13日广东省肇庆市羚羊峡发生山火、2021年1月21日广东省深圳市南山区南山街道大南山发生山火。
由此可见，时至今日，山火依然频发。
森林火灾具有损坏面积大、损失严重、难以控制等特点，严重威胁现有森林资源。
所以研究森林火灾的预防对策是新形势下的要求，可以有效保护森林[1]。
目前，森林火灾的防护措施主要采用人工巡视、视频监控和卫星遥感的方法。
人工巡视的成本高且观察范围小、容易受天气情况影响[2]；视频监控成本较高、数据冗余、容易出现监控盲区[3]；卫星遥感成本高、容易受天气状况影响[4]。
相比上述三种森林火灾防护措施，系统可以及时获取到森林中的各项环境数据，并且分析可能发生火灾的区域，发现火灾后及时报警，防患于未然，更早发现森林火灾，及时报警、及时补救，能更好地保护森林资源[5]。
1系统总体架构本系统的功能由Zigbee 单元、监测控制器和协调器共同实现[6]，Zigbee 单元通过无线局域网络把相关监测数据传输至协调器[7]；协调器通过串口将无线局域网络的数据传输至监测控制器；云端接收监测控制器通过4G 网络发送的信息。
基于ZigBee无线传感器网络的环境质量监测系统设计
无线互联科技Wireless Internet Technology 第13期2019年7月No. 13July, 2019基TZigBee 无线传感器网络的环境质量监测系统设计马爱霞，徐音（郑州工商学院工学院，河南郑州 450014）摘 要：以CC2530模块为核心构建无线传感网络，将采集的粉尘、温湿度、光照等环境数据传输至远程监测中心，通过上位 机软件读取与储存环境数据，实现环境参数远程监测。
文章根据系统的方案，设计其硬件电路功能，并设计了终端传感器节 点、中间协调器节点以及监控中心的软件流程。
关键词：温湿度；光照；ZigBee ；无线传感网络随着人们生活水平的日益提高及科技技术的进步，环境 问题越来越受到重视，人们日常关注空气质量如同每天关注 天气预报一样频繁。
传统的环境监测技术主要是通采用人 工的方式，使用测量温湿度等指数的仪器检测环境质量参 数，人力、财力得到大量的消耗，并且在一些环境比较恶劣 的区域，使用人工方式很难实时监测，以上弊端都是传统监 测方法存在的。
随着互联网技术和无线传输技术的发展，这 些技术慢慢被投入到环境监测系统中来。
环境检测技术主 要运用的3种技术：传感器技术、通信技术、计算机技术。
传 感器完成检测信息的采集，通信技术完成信息传输,计算机 技术实现数据的处理。
无线传感器网络是由许多微小传感器节点构成的，微小 传感器负责系统数据的采集，各节点之间进行通信。
微小传 感器以多跳无线通信方式构成自组织的网络系统。
因其具有 可靠、灵活、准确等优点，同时，部件造价低廉、部署和维护 简单，近年来普及应用得非常快。
现在在智能家居、环境监 测、智能交通等领域得到了广泛应用。
1系统总体方案的设计本文是基于ZigBee 无线传感器技术的环境数据釆集和 控制系统"。
该系统由监测点、中心控制节点、通用分组无线 服务（General Packet Radio Service, GPRS ）网络和上位机 监控中心组成。
基于Zigbee无线传感网络的森林火灾实时监控系统
.............................................................................. 交;府天基于Zigbee 无线传感网络的森林火灾实时监控系统罗礼幸，梁文豪，方翰腾，陈桂滨（荣庆学院电于与电■工程学院•广东禁庆526061）摘 要：&怯火实实时监控系蜿由Zigbee 单元、协•调茶和盆测控州32三等分近成Zigbee 单元机用泌混度■-愈3匕碳、 火燃和烟雾伟•器策买,a ］田的环境信息，再通过无我局攻网洛将采集刊的环境估息发送列盆浏投制者；监渤拉劫假设以 STM32芸片为主控芯片，将接收到的环境信息汇总，并通过4G 网络将•《据传输到云埃 实检测试常不说明，4•怀火灾实 时监控帛挽能够突现毂辑采集.透我传输、实时检控功能.并旦逐行携定可*关键词：Zigbee ；无找局域月格；火灾；敏据朱集；危程传输；实时冬挖 中图分类号:S762.3文献标识问:A 文章绿号:1005-7897（ 202X ）06-0277-04202X 年1】月13日广东省蛰庆市羚兰峡发生山火,202X 年 1月21日广东省深圳市南山区南山街道大南山发生山火。
由此 可见.肘至今日,山火依然频发。
跺楠火灾具有损坏而枳大、损失 产更•谁以投制与持点•尸更威知现有森林资源C 所以研究森林 火灾的预防对策是新形势下的娈求,可以有效保护森林、目前， 森林火灾的防护措跑主要不用人工巡视、视顼监投和卫星遥感 的方法。
人工巡视豹本钱高目观察范围刀K 容易受天气情）兄影响 :祝频监控本钱较高、教据冗余、容易出现扬投盲IX :卫星谣密 成及高■容易受天气状况影响。
相比上述三仲森株火灾防护指 :ffi.系统可以及时荻取到森林中的各顷坏境数搭,并且分析可籍 发生火灾的区底.发现火灾后及时报警,防患于未然•更早发现 森林火灾，及的报咎,及时补救•能更好地保护森林资源' 1系统总体架构本系统的功能& 2;gbee 单元,监删度制跆和协调器共同实 现：• Z:gbec 始元通辿无线司域网终把相关监测数据传琦全办调 器：《）调器通过串口将元雄局域网络的散据传辎至至测控制 器:云洗接收监潮投制/通过4G 网络发送的信息.系统总体架 构93图1所示.系统包括硬件您分和软件局部。
基于无线传感网络的环境监测系统
基于无线传感网络的环境监测系统摘要：当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
加强环境监测，建立环保系统意义重大。
基于 ZigBee 双向无线通讯技术的环境在线监测系统，系统 ZigBee 的通信模块选用的芯片型号为 CC2530，系统网关的通信模式选用 GPRS模式，并利用数据分析模型对采集的数据进行了在线实时处理．经测试，设计环境实时采集监测系统能够稳定运行，能够实时获取数据并通过系统的网管在系统的服务器端实时更新，实现环境参数的实时监视。
关键词：ZigBee；无线传感网络；传感器随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的技术配合人工劳作进行种植。
传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。
当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
每年因环境问题造成全球的经济损失达数千亿美元，酸雨造成了大量植物的坏死、污水的排放造成了人员伤亡及海水负营养化、许多岛国因温室效应造成的海平面上涨而面临着消失的危险。
增强环保意识，保护环境势在必行。
一、无线传感网络的环境监测系统技术特点1、多传感器数据融合技术。
每个节点采集到两种数据，是某一段区域的数据。
因为传感器采集到的数据大部分是静态数据，对于环境感知而言，动态数据才是最重要的。
这就要求节点自身能对先前采集到的数据进行过滤筛选，分离出有用的数据再传输给相邻的网关节点。
主机进行决策需要融合传感器节点的数据。
2、数据发送模式。
每个节点都有要具备接收和发射功能，实现数据的传输通信。
因为实际环境复杂，多数情况时比较恶劣的，要保证稳定可靠地无线收发数据，需要对天线、发射功率、灵敏度、收发距离设计。
多种数据发送模式的配合使用。
数据异常时的实时跟踪发送、数据稳定时的定时发送、工作人员发指令进行查询时的数据及时发送，不仅能使处理器得到休眠，降低了功耗，提高了使用寿命，还有效避免了大量无用数据的产生，有效提高了处理器的运行速度。
基于无线传感器网络的环境监测系统设计
基于无线传感器网络的环境监测系统设计随着技术的不断进步，基于无线传感器网络的环境监测系统在环境保护和资源管理方面发挥着重要的作用。
本文将介绍基于无线传感器网络的环境监测系统的设计原理和关键技术。
一、系统概述基于无线传感器网络的环境监测系统是通过部署大量的传感器节点来监测和收集环境中的各种参数信息。
这些参数包括温度、湿度、气压、光照强度等。
传感器节点可以通过无线通信方式将数据传输给监测中心，监测中心对数据进行处理和分析，从而实现对环境状况的实时监测和预警。
二、系统设计原理1. 传感器节点设计传感器节点是整个系统的核心部分，它负责采集环境参数信息并进行数据处理和传输。
传感器节点的设计需要考虑功耗、通信距离、数据处理能力等因素。
通常采用微控制器或嵌入式系统作为节点的核心处理器，并通过传感器模块对环境参数进行采集。
为了减少功耗，可以采用节能的传感器节点设计，例如休眠模式和自适应采样策略等。
2. 网络拓扑设计无线传感器网络通常采用分布式的网络拓扑结构。
可以采用星型、树型或网状等拓扑结构，根据实际应用场景选择合适的网络拓扑。
为了确保传感器节点之间的通信可靠性和稳定性，需要合理规划节点的部署位置和节点之间的通信距离。
同时，还需要考虑网络的安全性，采取加密和认证等措施，防止数据泄露和网络攻击。
3. 数据传输和处理传感器节点采集的数据需要通过无线通信方式传输给监测中心。
一般使用无线传感器网络协议进行数据传输，例如ZigBee、WiFi或LoRa等。
为了提高能量利用效率，可以采用数据压缩和聚合技术减少数据传输量。
在监测中心，需要对接收到的数据进行处理和分析，例如数据过滤、数据融合和数据挖掘等，以提取有价值的信息。
三、关键技术1. 能量管理技术无线传感器节点的能量是系统运行的关键资源，有效的能量管理技术能够延长节点的使用寿命。
例如，采用能量回收技术、能量自适应调节技术和能量预测技术等，以实现能量的高效利用和节能。
2. 网络协议技术无线传感器网络协议对系统性能和能源效率有着重要影响。
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福建农林大学学报（自然科学版）第40卷第4期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University（Natural Science Edition）2011年7月基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统狄飞，张莉君（中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，湖北武汉430074）摘要：设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统；描述了该系统的构成原理与整体结构，以及基于CC2430芯片的传感器节点和网关的硬件设计和系统软件工作流程．采用的星—簇首—路由的拓扑结构，具有低成本、易于部署、使用寿命长等优点．关键词：无线传感器网络；ZigBee；数据传输中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1671-5470（2011）04-0435-04Design of forest environment monitoring system based on Zigbee wireless sensor networkDI Fei，ZHANG Li-jun（Faculty of Mechanical＆Electronic Information，China University of Geosciences，Wuhan，Hubei430074，China）Abstract：A forest environment monitoring system based on ZigBee wireless sensor network was researched and designed．The prin-ciple and architecture of the system were described．The sensor node using CC2430chip and gateway were illustrated in detail，and the system software work process was demonstrated．The system applied star-cluster first-route topological structure，with the advan-tages of low cost，easy-to-use and long life cycle，etc．Key words：wireless sensor network；ZigBee；data transmission森林环境监测是森林资源保护与管理的基础，是建设现代林业、实现森林科学经营的重要保障．第七次全国森林资源清查结果显示，仅森林的固碳释氧、涵养水源、保育土壤等6项生态价值就超过了10．01万亿元［1］．此外，森林是社会、经济发展不可或缺的资源，它作为陆地生态系统的主体，在减少温室气体排放中发挥着举足轻重的作用．因此，做好森林环境监测工作对于我国可持续发展和节能减排具有重要的价值与意义［2］．本文设计了一种森林环境监测系统，该系统是基于ZigBee无线传感器网络（wireless sensor network，WSN），能够实时监测林区的大气温湿度及火灾烟雾浓度等参数，具有监测范围广、部署性好、数据传输可靠性高、对生态环境影响小等优点，在森林环境监测中有着广阔的应用前景．1ZigBee无线传感器网络技术无线传感器网络是部署在区域内的大量具有传感、计算和通信能力的传感器节点通过自组织方式构成的多跳无线网络，是无线通信、嵌入式计算和分布式数据处理等多领域技术的交叉融合［3－5］．传感器节点通常包括处理器、存储器、传感器、无线通讯和电源等组件，能够同时进行数据的采集、处理以及无线传输，具有低功耗、小体积等优点［6］．传感器节点之间分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内监测对象或周围环境的信息．ZigBee基于IEEE802．15．4协议标准，是一种短距离、低速率的无线通信技术．ZigBee采用了直接序列扩频技术，可以工作在868MHz、915MHz或2．4GHz频段［7］．与其它无线通信技术相比，ZigBee具有架构简单、成本低、可靠性高、组网能力强等特点［6－7］，因此，ZigBee非常适用于无线传感器网络［5－7］．收稿日期：2011－01－12修回日期：2011－05－12作者简介：狄飞（1986－），男，硕士研究生．研究方向：嵌入式系统及计算机软件．通讯作者张莉君（1965－），女，副教授．研究方向：智能检测及工业控制．2系统的组成与原理按照功能的不同，ZigBee 定义了3种类型的设备，即终端设备、协调器和路由器［6］．在系统中，终端设备就是传感器节点，节点随机部署在森林内，配置有低成本、低功耗的微处理器，可采集大气相对湿度、空气温度等环境监测参数．若干个相邻的传感器节点构成一个称为簇的自组织网络，簇中的传感器节点又可以分为簇首和普通节点．簇首是全功能设备，主要用于数据的融合及转发．簇首可以将所辖簇中普通节点采集到的数据发送到上层的协调器，也能将协调器接收到的信息在簇内进行广播；普通节点是精简功能设备，它只能与簇首通信，即把采集到的数据跳转至本簇的簇首．协调器的功能是建立网络，对网络进行管理和控制，并保存网络的一些基本信息；最终协调器将监测到的数据转发到网关，经过处理后，再由网关通过GPRS 网络将数据发送到监控中心［2］．监控中心包括通信服务器和数据服务器，通信服务器与网关通过GPRS 网络进行数据交换，数据服务器保存接收到的森林环境数据，并且提供了数据的管理、查询和编辑等服务．ZigBee 网络主要有星状和网状2种拓扑．星状拓扑结构简单、使用寿命长，但是网络覆盖有限，并且一旦簇首节点发生故障，整个簇与网络的连接都将中断．与星状拓扑相比，网状拓扑网络覆盖广、可靠性高，但是结构复杂、使用寿命短［8］．通常情况下，森林地区地形复杂、气象多变、植被覆盖茂密，这些不利因素会缩短ZigBee 网络中传感器节点的有效通信距离，或者造成节点与协调器连接中断，导致数据丢失．为了提高ZigBee 网络的鲁棒性，避免数据丢失，系统采用星状—簇首—路由拓扑结构．这种分级的混合拓扑综合了以上星状和网状拓扑的优点，提高了网络的可靠性和灵活性［9］．系统的整体结构如图1所示．图1系统整体结构Fig．1Architecture of system3硬件结构设计3．1传感器节点设计传感器节点是组成ZigBee 无线传感器网络的基本单位，是构成无线传感器网络的基础平台．传感器节点一般由数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成．传感器节点的组成如图2所示．图2传感器节点的组成Fig．2Structure of sensor node其中，数据采集模块主要由温度、湿度、烟雾浓度传感器以及A /D 转换器组成，负责采集区域内大气·634·福建农林大学学报（自然科学版）第40卷温湿度及当有火灾发生时的烟雾浓度等数据，并且完成数据的A /D 转换．数据处理模块负责处理、存储数据采集模块得到的数据．无线通信模块与簇首节点或协调器交换控制信息，并收发数据以及中转其它节点发送的数据．电源模块包括数据采集模块、数据处理模块以及无线通信模块．传感器节点选用TI 公司生产的CC2430作为核心器件．CC2430集成了符合IEEE 802．15．4标准的射频收发器，工作于2．4GHz 频段，内置了高性能、低功耗的8051微控制器，以及14位的A /D 转换器．CC2430的灵敏度为－91dBm ，最大输出是+0．6dBm ，最大传送速率为250Kbps ，并且具有良好的抗干扰性能．CC2430采用低电压（2．0－3．6V ）供电，休眠状态时电流消耗仅0．9μA ，从休眠模式切换到主动模式只需要15ms．这些特性使得CC2430适合于能量有限但又要求长期连续工作的森林环境监测．温湿度传感器（SHT11）是Sensirion 公司生产的．它采用I 2C 总线的数字输出接口，提供全校准相对温度和湿度输出，具有露点值计算输出功能，可以与微控制器直接连接，具有免调试、免标定、精度高、自动休眠以及可完全浸没水中等特点．其体积小巧、功耗低，工作电流仅550μA．烟雾传感器采用半导体气体烟雾传感器（MS5100）．其响应时间短、稳定性好，在较宽的浓度范围内对烟雾、碳氢化合物和氧化物等有较高的灵敏度．传感器节点中的模块均为低功耗器件，并且大部分时间节点处于休眠模式，因此电源模块采用2节AA 电池即可，通常可供节点工作6个月至2a 不等［8］．由于簇首节点频繁转发数据需要耗费大量的能量，必要时可采用光电池等电源进行供电．3．2网关设计网关主要用于将监测数据由ZigBee 网络通过GPRS 网络传输到监控中心，以及数据的处理与存储．网关包括控制模块、电源模块、存储模块、射频模块、GPRS 无线通信模块以及其它I /O 接口（图3）．图3网关的结构Fig．3Structure of gateway网关的数据流量远远高于传感器节点，需要较强的数据处理与控制能力，因此选用Atmel 公司生产的AT91SAM9261微处理器．该处理器基于ARM926EJ-S 内核，是一款高性能、低功耗的32位RISC 嵌入式处理器，时钟频率为190MHz 时，处理能力高达210MIPS ；外设全部启动时，工作电流只有65mA．射频收发模块是CC2430，负责与ZigBee 无线传感器网络进行双向通信．GPRS 无线通信模块选用Motorola 公司生产的G20，通过GPRS 网络与监控中心建立连接，实现数据的远程无线通信．4系统工作流程为了降低能耗，系统采用休眠－唤醒的工作方式．ZigBee 无线传感器网络中的节点并不是总处于工作状态，只有在接收到监控中心发送的查询数据命令时，节点被唤醒并转入工作状态，完成数据的采集与转发等工作；否则，节点将处于休眠状态［9］，系统工作流程如图4所示．系统启动后，首先完成设备的参数设定等初始化工作．ZigBee 协调器负责建立网络，并等待其它节点加入网络，随后节点进入休眠状态．监控中心通过GPRS 网络向ZigBee 网关发出查询数据的命令之后，协调器对隶属于它的簇网络进行通讯广播，唤醒需要查询数据的簇首，簇首再向本簇其它节点进行广播并唤醒休眠节点；节点采集数据后再发送到簇首，簇首进行数据合成处理后沿原路反馈给网关；最后，网关再通过GPRS 网络将数据传输到监控中心［2］．·734·第4期狄飞等：基于ZigBee 无线传感器网络的森林环境监测系统图4系统工作流程Fig．4System workflow5结论本文设计了一种基于ZigBee 无线传感器网络的森林环境监测系统，采用星—簇首—路由的拓扑结构，既延长了网络生命周期，又保证了数据传输效率．传感器节点采用的CC2430芯片具有低功耗、低成本等特点，适用于只能依靠电池供电的场合．系统能够实时监测大气相对湿度、温度等数据，并能通过检测烟雾浓度实现火灾预警，具有很好的实用性［10］．参考文献［1］国家林业局资源司．中国林业资源（2004-2008）［EB /OL ］．（2010－01－28）［2010－11－12］．http ：//www．forestry．gov．cn /portal /main /s /58/content-447150．html．［2］张军国，李文彬，韩宁，等．基于ZigBee 无线传感器网络的森林火灾监测系统的研究［J ］．北京林业大学学报，2007，29（4）：42－45．［3］唐文尧．基于ZigBee 的无线数据采集系统设计与实现［D ］．成都：西南交通大学，2006．［4］李媛．基于ZigBee 无线环境监测系统的设计研究［D ］．长沙：湖南大学，2009．［5］宫鹏．无线传感器网络技术环境应用进展［J ］．遥感学报，2010，14（2）：387－395．［6］孙利民，李建中，陈渝，等．无线传感器网络［M ］．北京：清华大学出版社，2005：10．［7］GISLASON D．ZigBee Wireless Networking ［M ］．America ：Newnes ，2008：33－122．［8］赵明．基于ZigBee 的无线楼宇火灾监测网络设计［D ］．武汉：华中科技大学，2008．［9］汤文亮，曾祥元，曹义亲．基于ZigBee 无线传感器网络的森林火灾监测系统［J ］．实验室研究与探索，2010，29（6）：49－53．［10］朱亨银，刘金霖，方文熙．驱动圆盘犁田间测力无线传输数据采集系统［J ］．福建农林大学学报：自然科学版，2009，38（6）：653－658．（责任编辑：叶济蓉）·834·福建农林大学学报（自然科学版）第40卷。