一种基于ARM的森林火灾监测系统的制作方法

本实用新型属于智能控制技术领域，具体涉及一种基于ARM的森林火灾监测系统。

背景技术：

森林是地球环境的保障者,森林资源的多少影响着地球的寿命。森林为人类生产、生活带来多种效益,如保护生态、净化环境、调节气候、保障林业发展等等。随着人类活动范围的不断扩大,人类对资源的超负荷开采利用、对环境的严重污染与森林的极度破坏,导致全球变暖,陆地面积不断减小,各种自然灾害呈上升的趋势,灾害的监测与防治成为当务之急。在危害森林资源的多种因素中,火灾是最具危害性和破坏性的,它不仅焚毁木材、伤害野生动物和其它生物,而且破坏森林的再生能力,破坏森林水土保持调节生态环境的作用,造成人类生存环境的进一步恶化。

森林火灾是森林资源最大威胁之一。由于世界范围的人口膨胀，工业化的进程加快，以及人类的活动影响，使得森林火灾的危险性进一步提高。森林火灾不仅严重破坏森林资源，造成巨大经济损失，而且造成灾区及周边地区环境的严重污染。因此，防御和控制森林火灾越来越受到各国的普遍重视。

森林资源的珍贵性、森林火灾巨大的破坏性和危害性以及我国森林资源相当稀缺的现状决定了在我国积极开展森林防火工作的紧迫性和重要性。如何有效地预防和监测森林火灾是首先要面对和解决的问题。因此，利用现有的准确高效的技术和方法实现对森林火灾的监测和预警，加强对森林火灾监测系统的研究具有极为重要的意义。

法国在进行多次野外点火实验后总结出了火险尺,之后,在此基础上开发出了森林火险参数方程。1988年德国北方林火实验室研究林火蔓延模型后开发出HAVE软件,该软件能分析并预测林火行为,为扑救提供准确的方案实施信息。2004年,美国火灾预防专家开发出森林火灾激光分析报警系统,该系统可对周围20万hm2的森林进行火灾监测与报警。葡萄牙利用反导系统感应器的热源探测原理,开发原始森林保护体系，探测森林火险,能及时准确定位起火位置。

俄罗斯研发的应用数码红外摄像技术的森林火灾报警系统,具有远距离数字化侦测的功能,能够对森林火险进行准确定位；其缺陷是对雾和烟,阳光与红外光等相似图像,不能精确辨认。日本率先对无线传感器网络在防火监测中的应用进行了研究,研制出了森林防火预警系统。该系统由各种参数的传感器组成,这些传感器参数有温度、相对湿度、烟雾浓度等数据。在每个终端节点上安装一个GPS定位系统,这些终端节点通过通信基站将火灾因子数据传到控制管理服务器，用户则可以通过互联网进行远程访问和查询、该系统的研究还处于实验室阶段,距离广泛的实际应用可能还需要很长时间。

尽管国内外在森林气象监测预警方面采取了各种方案，但是监测预警还是不够精确和迅速。实现高效准确的森林火险预警，己成为世界各地区和各个部门的共识。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种数据采集全面、功耗小的基于ARM的森林火灾监测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种基于ARM的森林火灾监测系统，包括数据处理中心、设置于森林现场不同地方的多个数据采集终端节点和设置于远端的远程监测中心；多个数据采集终端节点均与数据处理中心相连接，数据处理中心还与远程监测中心相连接；数据采集终端节点用于采集所处位置的监测数据参数；数据处理中心用于接收所述数据采集终端节点发送的监测数据参数，并进行分析汇总；远程监测中心用于接收分析汇总后的数据，并在数据出现异常时，发出警告；

每一个数据采集终端节点包括采集终端芯片、湿温度传感器、烟雾传感器、大气压强传感器、光照强度传感器和摄像头模块，湿温度传感器、烟雾传感器、大气压强传感器、光照强度传感器和摄像头模块均与控制器相连接；还包括电源，电源与采集终端芯片相连接。

进一步地，该采集终端芯片采用STM32F103ZET6芯片。

进一步地，还包括多个GPS定位模块，GPS定位模块与对应的采集终端芯片相连接。

进一步地，该远程监测中心设置有上位机和手机终端，所述上位机和手机终端均与数据处理中心相连接。

本实用新型一种基于ARM的森林火灾监测系统具有如下优点：(1)数据采集更加全面，包括湿温度、光照强度、大气压强、烟雾等多种森林监测数据参数，同时绘制了各类数据曲线，可以辅助对以后的森林环境进行评估和处理。(2)充分借助无线网络技术，将各数据采集终端节点采集的数据汇总后都发给远程监测中心，以便工作人员远程实时监控。(3)采用分模块设计，各个采集模块与核心处理器之间通过5.8G构建数据通信，能耗低，穿透性强，覆盖面积大，能实现森林环境的全方位监测。(4)设置终端手机客户端，当林区监护人员有事离开电脑，可以通过手机端查看监测状态，同时如果出现异常还会通过手机短信提醒，为森林环境监测提供多重保障。(5)数据采集终端节点采用STM32F103ZET6芯片，功耗低，适用于森林这个供电困难，实际环境复杂的场所。(6)当采集终端节点数据发生异常时，报警，并发送短信给林区监护人员，定位到发生异常情况的数据采集终端节点，以便得到及时处理。

附图说明

图1是本实用新型一种基于ARM的森林火灾监测系统的结构示意图。

图2是本实用新型中数据采集终端节点的结构示意图。

其中：1.数据采集终端节点；1-1.光照强度传感器；1-2.摄像头；1-3.大气压强传感器；1-4.烟雾传感器；1-5.湿温度传感器；1-6.采集终端芯片；2.数据处理中心；3.远程监测中心。

具体实施方式

本实用新型一种基于ARM的森林火灾监测系统，如图1和图2所示，包括数据处理中心2、设置于森林现场的多个数据采集终端节点1和设置于远端的远程监测中心3；多个数据采集终端节点1均与数据处理中心2相连接，数据处理中心2还与远程监测中心3相连接；每一个数据采集终端节点1包括采集终端芯片1-6、湿温度传感器1-5、烟雾传感器1-4、大气压强传感器1-3、光照强度传感器1-1和摄像头1-2，湿温度传感器1-5、烟雾传感器1-4、大气压强传感器1-3、光照强度传感器1-1和摄像头1-2均与括控制器相连接；还包括电源4，电源4与采集终端芯片1-6相连接。所述数据采集终端节点1用于采集所处位置的监测数据参数；数据处理中心2用于接收所述数据采集终端节点1发送的监测数据参数，并进行分析汇总；远程监测中心3用于接收分析汇总后的数据，并在数据出现异常时，发出警告；采集终端芯片采用STM32F103ZET6芯片1-6。还包括多个GPS定位模块，GPS定位模块与对应的采集终端芯片相连接。远程监测中心3设置有上位机和手机终端，上位机和手机终端均与数据处理中心2相连接，当监测数据出现异常时，上位机监测负责人将会看到程序报警，手机终端将会收到相关短信，进而定位到是哪个数据采集终端节点发生的故障，将森林实际情况报告给林区响应负责人，实现日常数据监控、森林火灾隐患报警。

本实用新型一种基于ARM的森林火灾监测系统中，具体硬件的选用如下：(1)采集终端芯片1-6：选取的是STM32F102ZET6芯片，该STM32F102ZET6芯片具有较大的全面的功能和图像处理、模数转换功能，同时支持串口通信以及数传模块的接口设计。

(2)数据处理中心2：采用数据处理芯片，选取的是OK6410，该芯片是三星公司推出基于ARM11内核的高性能、低功耗RISC微处理器，可以广泛应用在移动电话、通用处理等领域，它为2.5G、3G通信服务提供很好的硬件性能。

(3)测量传感器模块：测量传感器模块中的湿温度传感器1-5、大气压强传感器1-3、光照强度传感器1-1环境指标检测的传感器模块。这三个传感器输出数据线需经过ADC进行模数转换。

(4)现场场景检测模块：本模块主要通过了两个常用的传感器：摄像头1-2、GPS定位模块。摄像头1-2是采集周围环境的图像信息，通过均匀分布在森林中的摄像头模块来检测有没有火苗等危险情况，GPS定位模块主要获取当前数据采集终端节点1的位置。

(5)传输方式：数据处理中心2和多个数据采集终端节点1间采用5.8GHZ无线产品，采用正交频分复用技术(OFDM)和点对多点、点对点的组网方式，单扇区的速率高达54Mbps。5.8G的系统一般采用的直接序列扩频技术，它的信道较多频率较高，所以抗干扰能力相对要强一些。同时它可以满足高带宽应用支持大量用户的需要8个不重叠信道使部署的可扩展性和灵活性更高。因此，可以将8个接入点编成一组，提供高达432Mbit/s的共享吞吐量来支持同一地区的多个用户。这为没有部署无线局域网的用户、期待增加或扩展现有无线局域网的用户提供了最有价值的高性能网络选择。

(6)数据处理中心2与远程监测中心3远程通信：采用了当前流行的3G通信技术，选取uv901这一款联通3G通信模块。

(7)电源4：电源4选取锂离子干电池供电，选取了TI公司的2956将电压保持在系统所需要的5V状态。

该一种基于ARM的森林火灾监测系统，以嵌入式技术和传感器技术为技术支撑，以OK6410处理器为核心，搭接外围电路，实现对森林环境的采集和监测。数据采集更加全面，数据采集终端节点1采集湿温度、光照强度、大气压强、烟雾等多种森林监测数据参数，同时绘制了各类数据曲线，并将这些数据存入数据库中，这些数据对于判定森林状态具有重要的分析价值，同时还为以后的森林状态监测提供参考。采集终端芯片1-6采用STM32F103ZET6芯片和5.8G数传模块，功耗小，适用于森林这个供电困难的特殊环境，成本低，多个数据采集终端节点1可以实现森林环境的全覆盖，无死角监测。上述数据处理中心2外围连接3G网络模块，可以实现将数据处理中心2处理过的数据发送给远程监测中心3，使得森林环境能够实时处于被监控状态。采用主控和模块化设计思路，使得对传统采集终端具有很好的兼容性及功能拓展性。各个数据采集终端节点1的数据通过无线网络上传给远程监测中心3，当森林环境出现异常，会出现报警提醒林区工作人员，同时也会发动短信报警，为林区监测工作提供更加完善的报警系统。