微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，包括GSM传输系统，所述GSM传输系统与若干ZigBee协调器连接，每一ZigBee协调器与若干采集终端节点连接，所述采集终端节点以星型拓扑结构设置于森林中；所述GSM传输系统还与集中控制器连接，所述集中控制器与PC机连接；还包括微生物燃料电池供电系统，所述微生物燃料电池供电系统与所述采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统连接，为其供电。本实用新型无需使用人工电源就能对系统提供不间断的能源供给，对森林火灾的持续实时检测和预警意义重大。
【专利说明】
微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统。
【背景技术】
[0002]森林火灾是危害森林资源的主要灾害。一旦火灾发生，大量宝贵的森林资源将被毁坏，附近居民的人身和财产安全受到威胁。目前世界上每年发生森林火灾22万次以上，烧毁森林面积640多万公顷以上，约占世界森林覆盖率的2.3%。以上。我国现在每年平均发生森林火灾约I万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，约占全国森林面积的5?8%。。因此防范和减少森林火灾已成为林业工作的重要组成部分，也是保护森林资源的重要措施。
[0003]现有森林火灾预警系统通常分为空间卫星、空中飞机、地面嘹望塔和巡护人员监测四个空间层次。然而卫星遥感图像无法对同一地区实行全天候、全时段监测，因为天气和卫星偏轨等因素的影响，火点定位精度较低，导致在监测中出现判断失误。飞机巡逻监测成本过高。而人工巡检、嘹望塔方式虽简单易行，但财力、物力、人力投入巨大，同时也存在防火人员主观麻痹大意、擅离岗位、无法实时监测、覆盖范围有限等诸多不利因素。再加上森林火灾原因除了人为因素外还包括长期的天气干燥以及雷电等自然因素，且火灾地点和成因往往难以简单具体预测判断。
[0004]因此，人们往往使用无线传感器网络对森林火灾进行预警。这种基于无线传感器网络的火灾预警系统能实时有效的监测森林环境，通过合理的设计，能预防火灾，进而降低火灾对陆地生态系统的破坏和大气环境污染。但由于森林面积大、地理位置较分散、气候恶劣、地广人稀、大量野生动物活动、交通不便，布线困难，很难为无线传感器网络提供稳定的不间断的电源。因此，无线传感器网络的供电电源问题已经成为了制约该技术最大瓶颈。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，无需使用人工电源就能对系统提供不间断的能源供给，对森林火灾的持续实时检测和预警意义重大。
[0006]为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案实现:一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:包括GSM传输系统，所述GSM传输系统与若干ZigBee协调器连接，每一 ZigBee协调器与若干采集终端节点连接，所述采集终端节点以星型拓扑结构设置于森林中；所述GSM传输系统还与集中控制器连接，所述集中控制器与PC机连接;还包括微生物燃料电池，所述微生物燃料电池与所述采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统连接，为其供电。
[0007]进一步的，所述采集终端节点包括CC2530最小系统和传感器模块，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、压力传感器及光照强度传感器。
[0008]进一步的，所述集中控制器为嵌入式Web服务器。
[0009]进一步的，所述采集终端节点通过ZigBee与所述ZigBee协调器连接。[00?0]进一步的，所述ZigBee协调器通过ZigBee与所述GSM传输系统连接。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果:
[0012]1.本实用新型采用微生物燃料电池进行供电，无需使用人工电源就能对系统提供不间断的能源供给；
[0013]2.本实用新型采用星型拓扑结构分布的采集终端节点，每个星型网络中有且只有一个ZigBee协调器，适应森林的信息采集；
[0014]3.本实用新型通过火灾预警算法进行火灾报警的判断，并在地图上将数据进行标示让使用者更加直观地了解到采集到的数据及位置。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的系统结构不意图。
[0016]图2是本实用新型的具体实施示意图
[0017]图3是本实用新型的方法流程图。
[0018]图4是本实用新型的采集终端节点的硬件电路图。
[0019]图5是本实用新型的星型拓扑结构示意图
[0020]图6是本实用新型的嵌入式Web服务器整体框架图。
[0021 ]图中:1-GSM传输系统;2-ZigBee协调器;3_采集终端节点;4_集中控制器;5-PC机。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0023]请参照图1和图2，本实施例提供一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，包括GSM传输系统I，所述GSM传输系统I与若干ZigBee协调器2连接，每一ZigBee协调器2与若干采集终端节点3连接，所述采集终端节点3以星型拓扑结构设置于森林中以采集森林的温度、湿度、烟雾浓度、压力及光照强度数据;所述GSM传输系统I还与集中控制器4连接，于本实施例中，所述集中控制器4为嵌入式Web服务器，所述集中控制器4经internet网与PC机5连接，所述PC机经internet网访问所述嵌入式Web服务器以获取采集终端节点3的数据进行显示并将数据代入火灾预警算法进行判断是否要进行火灾报警;还包括微生物燃料电池，所述微生物燃料电池与所述采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统连接，为其供电。
[0024]请继续参照图1，本系统是基于B/S(浏览器/服务器)模式实现的，采用分层结构，主要分为四个部分:微生物电源系统(包括微生物燃料电池)、ZigBee无线传感网络(包括采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统)、嵌入式Web服务器(所述集中控制器)、浏览器的人机交互客户端(所述PC机)。所述的微生物电源系统为ZigBee无线传感网络提供电源。所述的ZigBee无线传感网络主要搭载着温度、湿度、压力、烟雾和光照强度传感器，调用Z-Stack协议栈的组网函数、实现无线传感网络的搭建。通过该无线网络实现对森林环境的温度、湿度、压力、烟雾浓度和光照强度数据的传输，并将数据传输到GSM传输系统。所述的GSM系统接收到信息后，将信息远距离转发到嵌入式Web服务器。所述的嵌入式Web服务器作为整个系统的核心部分，起到了连接远程客户端和底层传感器的作用。主要将无线传感网络发送来的温度、湿度、压力、烟雾浓度和光照强度数据保存到数据库，接受远程监控室的数据请求，显示到浏览器页面。所述的PC浏览器用于远程访问Web服务器，可以查询当前系统温度、湿度、压力、烟雾浓度和光照强度的数据。此外，这些数据将被分类显示在相应地图上，并输入火灾决策算法中判断是否有火灾发生，是否报警。
[0025]请参照图4，所述采集终端节点包括CC2530最小系统和传感器模块，其中CC2530最小系统采用的是其典型的应用电路加上I/O引脚引出接口，使用性能较好的RF4CE收发器和增强型8051微型控制器集成片上系统;传感器模块采用常用的温度传感器，湿度传感器，烟雾传感器、压力传感器和光照强度传感器。微生物电源给CC2530芯片和传感器及其调理电路供电。
[0026]进一步的，所述采集终端节点通过ZigBee与所述ZigBee协调器连接。
[0027]进一步的，所述ZigBee协调器通过ZigBee与所述GSM传输系统连接。
[0028]于本实施例中，所述采集终端节点3的星型拓扑结构如图5所示，对大面积的森林区域实时监测，并通过GSM传输系统远距离传输到嵌入式Web服务器和控制室。采用这种星型拓扑结构有利于每个终端节点(即采集终端节点)的管理，可以准确的识别终端节点所在区域，分层式管理节点的数据可以使节点安装有更高的便利性也可以扩展系统节点容量。ZigBee无线网络节点类型主要可分为数据采集终端，协调器两种。每个星型网络中都有且只有一个协调器，协调器主要有两个作用，其一负责建立一个网络并为终端节点分配网络地址，其二负责所有终端节点的数据接收和发送。终端节点搭载着许多可以采集不同环境变量的传感器，其主要功能是采集环境数据并发送到协调器。终端节点通常会通过休眠来实现低功耗。
[0029]图6所示为嵌入式Web服务器的整体框架。所述的嵌入式Web服务器通过USB转串口与GSM传输系统进行数据传输，通过基于TCP/IP协议的以太网实现用户的远程访问。主要以虚拟平台或Mini2440硬件平台作为系统的基础，通过移植Linux操作系统、Boa服务器、Sql ite3数据库，结合CGI动态网页技术，以实现嵌入式Web服务器的搭建。
[0030]为了让一般技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，以下结合本实用新型的火灾决策流程的方法进行进一步介绍，如图3所示，包括以下步骤:
[0031]步骤SO1:数据获取，所述PC机经由internet网访问所述嵌入式Web服务器以获取采集终端节点的数据；
[0032]步骤S02:判断所述数据的类型，将所述数据区分为温度数据、湿度数据、烟雾浓度数据、压力数据及光照强度数，同时获取该数据对应的采集终端节点的位置；
[0033]步骤S03:结合采集终端节点的位置，将所述温度数据、湿度数据、烟雾浓度数据、压力数据及光照强度数分别标示在地图上；
[0034]步骤S03:将所述数据代入火灾预警算法，若满足报警条件，则进行火灾报警并回到步骤SOl进行下一轮的数据获取，否则直接回到步骤SOl进行下一轮的数据获取。
[0035]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
【主权项】
1.一种微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:包括GSM传输系统，所述GSM传输系统与若干ZigBee协调器连接，每一 ZigBee协调器与若干采集终端节点连接，所述采集终端节点以星型拓扑结构设置于森林中；所述GSM传输系统还与集中控制器连接，所述集中控制器与PC机连接;还包括微生物燃料电池，所述微生物燃料电池与所述采集终端节点、ZigBee协调器、GSM传输系统连接，为其供电。2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:所述采集终端节点包括CC2530最小系统和传感器模块，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、压力传感器及光照强度传感器。3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:所述集中控制器为嵌入式Web服务器。4.根据权利要求1所述的微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:所述采集终端节点通过Z i gBe e与所述Z i gBe e协调器连接。5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池供电的森林火灾无线预警系统，其特征在于:所述ZigBee协调器通过ZigBee与所述GSM传输系统连接。
【文档编号】H01M8/16GK205644868SQ201620375961
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】苏建聪, 徐永, 罗志聪, 王玉柱, 张增祥, 杨志宏, 余杰, 余一杰, 刘虎
【申请人】福建农林大学