智能改變生活：林區遠程監控系統實現

一、項目概述

1.1 引言

“十二五”規劃中明確地提出了在接下來的五年中要“綠色發展 建設資源節約型、環境友好型社會”著重強調了對生態環境的保護和修復。保護和修復生態最基本的途徑就是植樹造林，各種綠化帶和人工林有效地遏制了水土流失，削弱了沙塵暴的危害。但是，傳統的人工管理方法消耗了大量的時間和人力，已經無法適應現代社會的需要。與此同時，隨著科學的進步，各種先進的技術不斷融入社會的各個領域，促進了資源和管理的優化。

針對上述情況，本項目通過把各種環境參數傳感器、高性能低功耗的avr處理器和無線通信技術有機融合，形成一個立體化的林木自動監控系統。該系統集干濕監控、氣象監控、病蟲監控和林火監控于一體，能夠高效方便地管理林區。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1) 各個分節點能夠通過定時地監控土壤的干濕情況、氣溫、氣壓并把結果發送到主節點。

(2) 各分節點一旦檢測出火警，立刻向主節點報告。

(3) 各主節點有攝像頭，能夠提供周圍關于病蟲的圖像信息。

(4) 主節點能夠通過短距離無線數據傳輸網絡收集所屬分節點的信息和自己收集的圖像信息，并通過GPRS模塊發送給遠程主機。

(5) 每個節點在有陽光時能利用太陽能光板進行內部電池的充電，以保證系統能夠正常運行。

(6) 遠程主機系統能夠統一處理各個主節點收集的信息，實現遠程高效管理。

2.2 性能要求

(1) 系統必須能夠長時間穩定運行。

(2) 能夠對火情做出快速的反應。

(3) 由于是戶外使用，各個節點必須具有較強的抗老化能力。

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

（1）系統的信息采集功能主要是利用土壤溫濕傳感器、氣溫傳感器、氣壓傳感器和攝像頭等手段來實現，以此來達到全方位采集信息的目標。

（2）為了實現對一個區域樹林生長情況監控，本設計采用子節點和主節點的兩層體系結構設計。在一個林區中，每隔一段距離就有一個子節點，每個子節點測量土壤溫濕傳感器、氣溫傳感器和氣壓傳感器的數據，同時每個子節點可以通過Zigbee網絡把數據送到主節點。

（3）主節點主要有兩個功能：第一，利用CMOS攝像頭拍照功能，看有沒有蟲災發生，每隔一段時間對森林拍一張照片，并以彩信的形式通過GPRS模塊發照片到遠程監控臺；第二，利用Zigbee模塊來獲取多個子節點送來的數據，并以短信的形式通過GPRS模塊發數據到遠程監控臺。

（4）各個節點的供能采用太陽能光板配合鋰電池聯合供電，保證系統能夠全天候工作。

（5）遠程主機，采用計算機來實現，利用計算機比較好的人機交互界面和強大的數據處理能力。

分節點架構見圖1。

圖1 分節點架構框圖

主節點架構見圖2。

圖2 主節點架構框圖

遠程主機架構見圖3。

圖3 遠程主機架構框圖

系統總體架構見圖4。

圖4 系統總體架構框圖