森林在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，然而，森林火災(zāi)會給森林帶來嚴(yán)重危害。但是，人類在制服森林火災(zāi)上，卻依然尚未取得突破性的進(jìn)展，于是在火災(zāi)還在萌芽狀態(tài)立即撲滅它就顯得尤為重要。因此推廣森林火情監(jiān)測系統(tǒng)具有非常中的價值和意義。

森林火情監(jiān)控系統(tǒng)利用預(yù)設(shè)在森里中的各種不同功能的傳感器節(jié)點(diǎn)采集各類森里環(huán)境參數(shù)，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，利用信息管理軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、顯示、分析處理等操作，對異常情況進(jìn)行預(yù)測和報警。

目前，我國還有部分的森林火情監(jiān)控還采用興建瞭望塔、建立視頻監(jiān)控等方式。因?yàn)樯只馂?zāi)經(jīng)常發(fā)生在人煙罕至的原始森林中，因此上述方式存在著諸多不足。鑒于此，提出了一種基于ZigBee+短波無線通信的森林火情監(jiān)控系統(tǒng)。ZigBee是一種近距離通信技術(shù)，適合傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)要求；短波作為一種遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方面有著獨(dú)到的優(yōu)勢。以上二者的優(yōu)勢互補(bǔ)，在森里火情監(jiān)測系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 通信系統(tǒng)總體設(shè)計方案

整個系統(tǒng)由3部分構(gòu)成，如圖1所示。

1）ZigBee網(wǎng)絡(luò)該網(wǎng)絡(luò)中的ZigBee模塊按功能不同，可分為End-Node和Coor-Node.End,是一種帶有傳感器的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，采集并無線發(fā)送森林環(huán)境信息；Coor-Node的組成，用途。在單個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，所有的End-Node和Coor-Node節(jié)點(diǎn)按照ZigBee協(xié)議組成星型網(wǎng)絡(luò)。

2）中繼節(jié)點(diǎn)一個帶有為控制器的網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)，具有短波和ZigBee兩種協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換能力，ZigBee模塊部分接受ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，通過短波數(shù)傳電臺傳送送遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控中心，同時通過短波數(shù)傳電臺也能夠從上位機(jī)獲得各種控制和設(shè)置指令，并把這些指令傳送到ZigBee網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)對對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。

3）上位機(jī)監(jiān)控中心 上位機(jī)端，電臺將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并數(shù)據(jù)由串口輸入上位機(jī)的管理軟件中，從而實(shí)現(xiàn)整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)置和森林環(huán)境參數(shù)的顯示、查詢、存儲等功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計有ZigBee網(wǎng)絡(luò)的End-Node和Coot-Node節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)3部分組成。End節(jié)點(diǎn)采用XBee PRO 900XSC模塊作為無線收發(fā)模塊，Coot-Node節(jié)點(diǎn)采用ARM7+XBee PRO 900 XSC+Pt-205模塊構(gòu)成。中繼節(jié)點(diǎn)采用Pt-205模塊短波傳輸模塊。以下分析Coor-Node節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計方案。Coor-Node節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計框圖如圖2所示。

Coor-Node處在系統(tǒng)的中間層，既要與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，又要與通過數(shù)傳電臺與上位機(jī)監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這就要求其具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力?；诖丝紤]，本設(shè)計方案選用了ST公司的STM32F103C8作為微控制器。STM32F103C8是基于一個實(shí)時仿真和跟蹤的32位CortexTM-M3 core CPU的微控制器，并帶有64 kB嵌入的高速Flash存儲器。采用48腳封裝、極低的功耗，多個32位定時器，2路12位的ADC、1個CAN總線以及多達(dá)7個的外部中斷。

數(shù)傳電臺模塊選用FY602型號的數(shù)傳電臺，載頻433MHz ISM頻段，無需申請頻段，接口速率和信道速率可達(dá)到38 400 bps.干擾性強(qiáng)，接收靈敏度高，應(yīng)用廣泛。

ZigBee模塊DIGI公司推出的新型XBP24-BWIT-004.250 kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。1 600 M的通信距離，支持AT和API命令集，工作頻段為868/915 MHz.特別適合遠(yuǎn)距離的組網(wǎng)要求。

考慮到具體的硬件電路圖設(shè)計比較繁雜，在此給出Coor-Node的節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計框圖，STM32F103C8是數(shù)傳電臺和ZigBee模塊的中間層，通過兩個串口分別連接數(shù)傳電臺和ZigBee,作為模擬電臺數(shù)據(jù)和ZigBee數(shù)據(jù)的交互層，通過對其軟件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要以STM32F103C8為中心設(shè)計其外圍電路，包括電源電路設(shè)計、時鐘電路設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計，存儲電路設(shè)計和接口電路設(shè)計等方面。

在Coor-Node電路板上因很多芯片的工作電壓和電流不同，因此電源部分的設(shè)計非常關(guān)鍵。整個系統(tǒng)有外部的12 V的太陽蓄電池供電，而TM32F103C8的工作電壓為1.8 V,I/O工作電壓為3.3 V,數(shù)傳電臺的工作電壓為4.5~5.5 V,ZigBee模塊的供電電壓為3.3 V,因此選擇LM2576-5.0,MIC29302及AMS1117系列的電壓轉(zhuǎn)換芯片，得到各芯片相應(yīng)的工作電壓。電源部分的設(shè)計思想如圖3所示。

相對電源部分，時鐘電路和硬件復(fù)位電路的設(shè)計相對簡單，時鐘晶振采用12 MHZ的外部晶振電路，硬件復(fù)位電路采用MAX813復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)。由于TM32F103C8只具有64KB的片內(nèi)Flash存儲器和20 kB的SRAM,只能夠滿足系統(tǒng)的基本需求，有考慮到ZigBee子節(jié)點(diǎn)地址等相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的存儲問題，所以外擴(kuò)了一塊8 MB的Flash和以一塊32 k的Sram62256.