基于物联网的森林火灾报警系统

信息通信

INFORMATION&COMMUNICATIONS

2019

（Sum.No194）

基于物联网的森林火灾报警系统

赵福波，陈明海，蒋良勇，徐港幸，杨

靖

（贵州大学电气工程学院，贵州贵阳550025）

摘要：针对森林火灾监测，基于物联网技术通过对火灾发生时周围环境的变化进行探测，可使管理人员及时知道火灾发

生的范围和方位。通过温湿度、PM2.5、CO2、光照等传感器采集周围环境数据传入到STC12C5A60S2单片机中，根据各种环境数据的范围进行逻辑分析，从而判断出周围环境是否发生火灾，以确定是否需要启用报警装置通知管理人员进行救援。经测试，该系统结构简单、可靠，能对森林火灾进行判断，能及时启用报警装置。关键词：物联网；森林防火；传感器；GPRS中图分类号：TM923.5文献标识码：A文章编号：1673-1131（2019）02-0137-03近年来，森林在生态系统中起着举足轻重的作用，是人类生存发展极其宝贵的自然资源之一，保护好森林生态系统是当前生存发展的需要，我国地大物博，森林资源丰富，但是也是一个森林火灾频发的国家，一旦发生火灾，将会对生态系统造成严重的损害，对国家和人民的生命财产安全造成严重的损害，目前我国对于森林防火问题极其重视，也在不断地开发和改善森林防火技术，基于森林覆盖面积大，地处偏僻无人，一旦发生火灾不及时发现，火灾将迅速蔓延，火情难以控制。因此，如何利用现阶段目前的科技手段来解决在森林防火方面所存在的问题成为一个新的课题。本文提出了一种基于物联网技术的森林火灾报警系统，通过物联网技术，我们能在手机、电脑等终端上实施有效地发现灾情，及时地了解到灾情的位置及其蔓延范围，给救援人员提供最新的灾情信息，为救援提供有效帮助，在一定程度上减少了经济损失。

图2硬件结构示意图

2.1主控制器模块

STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技公司生产的单时钟单片机。它是低功耗/高速/超强抗干扰的新一代8051单片机，它的指令代码与传统8051单片机的指令代码完全兼容，但它的速度却要比8051单片机的速度快8-12倍。内部集成有MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S）。它不但和8051单片机管脚功能、指令相兼容，而且同时STC系列单片机支持串口程序烧写，存储器用户可以直接运用电的方式瞬间将内容擦除或者改写程序。所以，这种单片机对开发新设备的要求很低，开发时间也相较于大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，所以相对而言更加安全。

1系统组成

本套系统旨在采集森林里环境信息，如二氧化碳，光照，

PM2.5以及环境空气温湿度。借助于物联网技术，无线通讯技术，定位技术，传感器技术等，整套系统的信息来源于底层传感器采集的数据，主控制器是采用带A/D转换的STC12C5A60S2作为系统的核心部分，电源模块为整套系统提供工作电源，与远程控制中心进行通信采用GPRS方式通讯，定位系统采用GPS/北斗定位方式，如图1所示。

2.2电源模块

此系统中所用的电源模块为太阳能光伏板和锂蓄电池为

该系统昼夜交替供电，这样可以提供相对更稳定的工作电源，同时还能达到新能源的合理利用，既环保又实用。锂蓄电池相较于传统铅蓄电池也更加节能环保，由于此次设计的系统装置各传感器工作电压多为3.3～5.0V，所以拟采用12V锂蓄电池进行降压，额定电压：12.0V，充电电压：14.6V，额定容量:20Ah，持续放电电流：5.5A。考虑到太阳能电池板要为锂蓄电池充电以便于在天气恶劣的情况下能继续为该系统装置中的各设备供电，太阳能电池板拟采用18V多晶10W太阳能光伏发电板，该电池板可以为12V蓄电池直接充电，最大工作电流为0.57A，最大工作电压为17.6V。

图1系统结构图

2系统硬件组成

该系统硬件主要包括：主控制器STC12C5A60S2（带A/D转

换）、电源模块、传感器模块、LCD显示模块、通讯模块、定位模块等。传感器将采集数据信息传送到主控制器STC12C5A60S2（带A/D转换），GPS/北斗定位模块进行实时定位，远程通讯将实时数据传输到远端控制中心，从而实现对森林火灾发生时实时数据有效传输。如图2所示：

2.3传感器模块

2.3.1温湿度传感器

此系统所采用的温湿度传感器为SHT11，该传感器能耗低，为80uW（12位测量，3V，1秒/次）；相对湿度工作范围：

１３７

0~100%，温度工作范围：

0.40

65535Lux/0

7%~7%（25℃），输出量为模拟量，供电电源为

DC12-24V，工作温度为

２３２

和USB

40℃~+80℃，电源电压：5V±0.5V，冷启动时间在：32s。而且配置信息均可以保存在内部FLASH，重新上电配置不会丢失。

3系统软件设计及实物图

3.1系统主程序设计

系统主程序流程图如下图所示，STC12C5A60S2单片机作为整个系统的核心控制部分，主要是采集和处理传感器传输过来的数据，再将数据在LCD显示屏上显示，判断数据是否超过所设定的范围，以决定是否执行报警装置进行报警。STC12C5A60S2通过自带的A/D转换通道进行采集数据，它１３８

与GPRS和GPS之间的通信采用单片机的串口0（UART0）来

实现，考虑到通信模块的功耗和单片机的串口通信的问题，GPS和GPRS共用一个串口，分时通讯，通过单片机控制GPS和GPRS模块工作与否，首先将启用GPS位置信息读取，位置信息读取后关停GPS，之后单片机通过数据处理判断是否需要启用GPRS和声光报警装置进行报警，如若不需报警，GPRS和声光报警装置一直处于关停状态。

3.2传感器采集控制程序设计

本系统共使用了四款传感器，其中有三款传感器为模拟量输出，该模拟量可通过单片机的A/D转换通道将所采集的信号进行处理，从而得到了单片机可识别出的数字信号。STC12C5A60S2单片机的A/D转换通道与P1口（P1.7

基于ZigBee的农田土壤温湿度检测系统设计

邵

慧，王丽红

（黑河学院计算机与信息工程学院，黑龙江黑河1399）

摘要：为了能够掌握农田土壤温湿度参数，实现精准灌溉，基于ZigBee技术设计了农田土壤温湿度检测系统。该系统采

用以JN5139芯片为核心的无线传输模块，通过STH11温湿度传感器周期性采集农田土壤的温湿度参数，并通过无线传输将数据发送给协调器，协调器通过串口将信息传送到PC机。该系统的设计开发为精细农业与决策灌溉研究提供了有效工具。关键词：无线传感器网络；ZigBee；精细农业中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1673-1131（2019）02-0139-03

DesignofFarmlandSoilTemperatureandHumidityDetectionSystemBasedonZigBee

ShaoHui,WangLihong

(SchoolofComputerandInformationEngineering,HeiheUniversity,Heihe1399,China)

Abstract:Inordertograspthetemperatureandhumidityparametersoffarmlandsoilandachievepreciseirrigation,thispaperdesignsafarmlandsoiltemperatureandhumiditydetectionsystembasedonZigBeetechnology.ThesystemadoptsthewirelesstransmissionmodulewithJN5139chipasthecore.TheSTH11temperatureandhumiditysensorperiodicallycollectsthetem-peratureandhumidityparametersofthefarmlandsoil,andtransmitsthedatatothecoordinatorthroughwirelesstransmission.ThecoordinatortransmitstheinformationtothePCthroughtheserialport.Thedesignanddevelopmentofthissystemprovidesaneffectivetoolforresearchonprecisionagricultureanddecision-makingirrigation.Keywords:WirelessSensorNetwork;ZigBee;precisionagriculture

合在一起，通过分布在监测区域内的终端节点实时采集监测各种环境信息或监测目标[2]。现在人们已经将无线传感器网络技术应用于农业生产领域。ZigBee是一种短距离、低功耗、低复杂度、低数据速率、低成本的无线通信技术，主要用于短距离无线传输[3]。可应用于农业领域实现对农作物生长环境的实时监测和数据传输。

本文以农田应用为背景，研究土壤温湿度变化，以实现智能灌溉，提高灌溉精度和水资源利用率的目标，设计开发了低功耗、低成本的农田土壤温湿度检测系统。系统采用温湿度

0引言

在农业生产中，农作物的生长情况和土壤的温湿度是息息相关的，不同农作物的对生长环境的温湿度要求也是不同的，因此土壤温湿度对农作物的生长和增产增收有着重要的作用[1]。在传统农业中，土壤温湿度检测一般是人工测量，不但工作量大，且效率低下，不能实时掌握土壤的温湿度；若采用有线方式进行检测，则布线成本高，不利于农作物种植。无线传感器网络是集合了数据采集、数据处理和数据传输的多跳自组织网络。它将计算机技术、通信技术和传感器技术结

4结语

本设计考虑到了防止火灾发生的基本需求，通过实地调研验证，该系统易于实现并运用简单的技术手段对森林火灾进行防护，并且此方案切实可行，成本低廉。而且采用了最可靠、最成熟的GPRS通讯模块，采用技术成熟的STC12C5A60S2单片机作为控制模块，且此单片机带有A/D转化模块更加方便，所以在精确度、准确性、安全性能上得到了较好的保证。有助于解决森林火灾的防范，从而对生态环境及森林保护起到一定帮助。从而有效地的保证了国家和人民的生命财产安全。参考文献：

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基金项目：大学生国家创新基金项目，贵大（字）2018（013）；自动化专业卓越工程师计划（ZYS2015004）；贵州省工业攻关项目（黔科合支撑[2019]2152）；物联网技术案例库（KCALK201708）。作者简介：赵福波（1996-），男，贵州遵义人，本科生，专业：电气工程及其自动化；通讯作者简介：杨靖（1973-），男，四川人，通信作者，贵州大学电气工程学院，博士，贵阳市花溪区贵州大学新校区电气工程学院，研究方向：无线传感器网络及应用。

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