本发明涉及一种基于物联网的森林火险气象预警系统，属于森林气象监控系统技术领域。
背景技术：
森林火灾是一种破坏性大、处置救助困难的自然灾害，它不仅会烧死树木，直接减少森林面积，而且还会严重破坏森林结构，引起空气污染、水土流失、森林物种的减少甚至灭绝。为了预防以及及时发现森林火灾，人们采取了许多措施，现在比较普遍的做法是在被控林区安装监控设备。
申请号为201310622376.1，申请日为2013年11月30日的发明专利公开了森林火灾监测装置，包括JN5121-000-M02芯片、电源处理器、太阳能电池组、连接在JN5121-000-M02芯片上的电源驱动控制器、传感器采集接口、RS-232通信接口和时钟芯片，所述的电源处理器同时连接太阳能电池组、N5121-000-M02芯片、电源驱动控制器、传感器采集接口、RS-232通信接口和时钟芯片。该发明通过上述原理，能够采集和处理网络覆盖区域的信息，给森林火灾监测提供原始数据上的支持，得出森林火灾易发位置，消除火灾隐患，节省人力物力。
申请号为201410317685.2 ，申请日为2014年6月30日的发明专利涉及一种森林火灾预警系统。系统使用ZigBee技术构建一个无线通信网络，该网络主要由终端节点、协调节点和发送节点构成。数字传感器采集的环境参数主要有温度、相对湿度、光照强度等，把各个不同功能的节点按要求散布在森林中采集现场环境参数，采集的数据经处理后通过无线通信网络发送至监测端和服务器控制端。该系统采用射频芯片CC2431作为传感器网络节点，中心节点和GPRS模块DTP-S05Ci相连，借助移动通信网络将终端节点采集到的数据转发到手机终端或互联网中的服务器，实现了森林火灾移动预警的功能。该系统具有结构精简、技术复杂度低、成本低、实时和准确的特点。
申请号为201510311371.6 ，申请日为2015年6月9日的发明公开了一种多数据融合的森林火灾智能识别系统，它包括红外热像仪、数字摄像机、超声波气象站、地理信息系统和上位机，红外热像仪、数字摄像机、超声波气象站和地理信息系统分别与上位机连接；所述的上位机上设置有人工神经网络和模糊专家系统，所述的人工神经网络分析红外热像仪采集的红外图像和数字摄像机采集的可见光图像，并将分析后的数据传输到模糊专家系统计算森林火灾的概率，超声波气象站提供森林的气象数据，地理信息系统提供地理信息。该发明提供了一种多数据融合的森林火灾智能识别系统和方法，该方法将多种数据进行融合来进行森林火灾预测，能显著降低森林火灾的误识率，提高系统的运行效率，降低工作人员的劳动强度。
目前的森林火灾监控系统主要侧重采集各种气象信息并提供预警信息，但在天气条件恶劣时，监测系统中的电路模块由于长期使用，且周围环境恶劣，很容易出现信号采集的数据传输异常的情况，这样很容易影响森林火灾监控系统的正常运行。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于物联网的森林火险气象预警系统，可以克服现阶段预警系统内没有检测电路检测模块传输接口是否连接异常的情况，避免了由于接口连接异常导致影响整个预警系统的正常运行。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种基于物联网的森林火险气象预警系统，包括火险监控终端、协调器、路由器和ZigBee 无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee 无线网络节点，m个路由器通过协调器与火险监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee 无线网络节点等距设置在被控森林区域内，均包括有ZigBee 模块、气象监测模块和地理监测模块，所述的气象监测模块和地理监测模块分别与ZigBee 模块相连接；所述ZigBee 模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所处的路由器进行无线通讯；所述气象监测模块，用于采集需要监测的森林气象信息；所述地理监测模块，用于采集需要监测的森林地理信息；
所述的火险监控终端包括顺序连接的数据接收模块、森林火险天气指数计算模块、森林火险预警信息生成模块和预警信息发送模块； 所述数据接收模块，用于接收气象监测模块和地理监测模块采集的信息；所述森林火险指数计算模块，用于根据接收到的信息计算森林火险指数；所述森林火险预警信息生成模块，用于根据森林火险天气指数计算模块的计算结果生成森林火险预警信息；所述预警信息发送模块，用于发布森林火险预警信息；
每个ZigBee 无线网络节点还包括接口保护模块，所述接口保护模块一端与气象监测模块连接，另一端与ZigBee 模块连接，所述接口保护模块用于自动检测气象监测模块与ZigBee 模块的连接是否异常；
所述接口保护模块包括检测器、计时器，串口开关和电平变换保护电路，其中检测器、计时器和串口开关顺序连接，串口开关和电平变换保护电路双向连接，检测器与电平变换保护电路连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象监测模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器为热电偶。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述ZigBee 模块为CC2530 模块。
作为本发明的一种优选技术方案：所述协调器与火险监控终端通过RS232 串口相连接。
本发明所述一种基于物联网的森林火险气象预警系统 ，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明设有接口保护模块，可以克服现阶段预警系统内没有检测电路检测模块传输接口是否连接异常，避免由于接口连接异常导致影响整个预警系统的正常运行。
2、本发明的接口保护模块设有一个电平变换保护电路，对该接口保护电路能够进行限压、限流，防止过压、过流、冲击电流或静电等破坏本发明的内部电路。
3、本发明运用ZigBee无线通讯网络，可以24小时监控森林的气象数据和地理数据，并进行分析处理，对林区火灾进行实时预警，并将预警信息即时发布，有效实现森林防火预警，节省人力物力。
4、本发明功耗低、使用方便、扩展性高，有利于加快森林防火的智能化进程，推广价值高。
具体实施方式
下面对本发明创造做进一步详细说明。
一种基于物联网的森林火险气象预警系统，包括火险监控终端、协调器、路由器和ZigBee 无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee 无线网络节点，m个路由器通过协调器与火险监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee 无线网络节点等距设置在被控森林区域内，均包括有ZigBee 模块、气象监测模块和地理监测模块，所述的气象监测模块和地理监测模块分别与ZigBee 模块相连接；所述ZigBee 模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所处的路由器进行无线通讯；所述气象监测模块，用于采集需要监测的森林气象信息；所述地理监测模块，用于采集需要监测的森林地理信息；
所述的火险监控终端包括顺序连接的数据接收模块、森林火险天气指数计算模块、森林火险预警信息生成模块和预警信息发送模块；所述数据接收模块，用于接收气象监测模块和地理监测模块采集的信息；所述森林火险指数计算模块，用于根据接收到的信息计算森林火险指数；所述森林火险预警信息生成模块，用于根据森林火险天气指数计算模块的计算结果生成森林火险预警信息；所述预警信息发送模块，用于发布森林火险预警信息；
每个ZigBee 无线网络节点还包括接口保护模块，所述接口保护模块一端与气象监测模块连接，另一端与ZigBee 模块连接，所述接口保护模块用于自动检测气象监测模块与ZigBee 模块的连接是否异常；
所述接口保护模块包括检测器、计时器，串口开关和电平变换保护电路，其中检测器、计时器和串口开关顺序连接，串口开关和电平变换保护电路双向连接，检测器与电平变换保护电路连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述气象监测模块包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器为热电偶。
作为本发明的一种优选技术方案：所述风速传感器为超声波风速传感器。
作为本发明的一种优选技术方案：所述ZigBee 模块为CC2530 模块。
作为本发明的一种优选技术方案：所述协调器与火险监控终端通过RS232 串口相连接。
本发明的基于物联网的森林火险气象预警系统中温度传感器为热电偶。热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时，输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在5～40微伏/℃之间。
本发明的基于物联网的森林火险气象预警系统中风速传感器为超声波风速传感器。超声波风速传感器是利用超声波时差法来实现风速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。
本发明运用ZigBee无线通讯网络，可以24小时监控对森林的气象数据和地理数据，并进行分析处理，对林区火灾进行实时预警，并将预警信息即时发布，有效实现森林防火预警，节省人力物力。
ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
本发明设有接口保护模块，可以克服现阶段预警系统内没有检测电路检测模块传输接口是否连接异常，避免由于接口连接异常导致影响整个预警系统的正常运行。本发明的接口保护模块设有一个电平变换保护电路，对该接口保护电路能够进行限压、限流，防止过压、过流、冲击电流或静电等破坏本发明的内部电路。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。