陳俊吉 張源麟
摘 要:隨著我國森林資源也日漸豐富,對森林資源的保護也越發(fā)重要,而森林火災(zāi)是最主要的森林災(zāi)害,因此需要加強森林火災(zāi)防護?;诖?,本系統(tǒng)設(shè)計了一款森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用紅外光強傳感器、溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器,以Arduino單片機作為控制中心,利用嵌入式技術(shù),通過傳感器收集相關(guān)數(shù)據(jù),及WiFi傳輸數(shù)據(jù)至云平臺實現(xiàn)信息交互,實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的智能規(guī)范化管理以及數(shù)據(jù)可視化的森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)。同時,該系統(tǒng)對實際監(jiān)視設(shè)備進行優(yōu)化,可有效解決在不同天氣情況下對傳感器的影響,提高了設(shè)備的合理性、高效性。該系統(tǒng)省去人工的復(fù)雜操作,減輕了護林員對大面積的森林巡查力度,降低了人力成本,能夠?qū)崟r了解森林實時情況,具有較大的市場應(yīng)用前景和發(fā)展前景。
關(guān)鍵字:Arduino;傳感器;監(jiān)控報警;數(shù)據(jù)采集
1 引言
森林火災(zāi)是森林災(zāi)害中突發(fā)性最強、危害范圍最廣、破壞性最高的自然災(zāi)害。但是由于森林的覆蓋面廣、地形復(fù)雜、氣候多變因而對其的實時監(jiān)控難度巨大[1]。如何對森林火災(zāi)的監(jiān)控及防范一直是國內(nèi)外各大森林監(jiān)管機構(gòu)的研究對象。就目前國內(nèi)發(fā)展而言,紅外光火焰光強檢測技術(shù)與煙霧傳感器進行煙霧檢測是國內(nèi)運用最為廣泛的檢測手段,將傳感器放置于森林火情監(jiān)控車上進行對森林的巡查工作[2]。利用火情發(fā)生時,火焰光發(fā)出特定波長的紅外光信號,傳感器進而進行采集并通過單片機事先設(shè)定的流程進行反應(yīng)?;谶@一特性,設(shè)計了以單片機為操作核心的DSP硬件電路,對整個森林劃分不同的區(qū)域進行持續(xù)的掃描且數(shù)據(jù)采集,再利用WiFi模塊對所采集的數(shù)據(jù)進行傳輸至后臺監(jiān)控進行數(shù)據(jù)交互,實現(xiàn)實時全方面在線監(jiān)控。在后臺監(jiān)控軟件的設(shè)計上,設(shè)計采用了一臺主機多個線下采集庫的任務(wù)管理方式,因此可以同時管理多臺設(shè)備。同時設(shè)計了一個OneNET平臺的數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺,可進行遠程的數(shù)據(jù)狀態(tài)查詢[3]。整個遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn),實時溫度、濕度、煙霧濃度、光源強度的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。
2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
2.1 系統(tǒng)功能
隨著森林火災(zāi)日益嚴重,每年火災(zāi)造成的直接財產(chǎn)損失不斷增加,因此必須加強對森林的日常監(jiān)控。森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)恰恰是為了提高對森林火災(zāi)監(jiān)控效率,運用傳感器所采集的數(shù)據(jù)上傳至云端平臺,從而進行森林環(huán)境溫濕度、煙霧濃度和紅外強度進行實時監(jiān)控。森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)采用了Arduino單片機作為主控芯片,傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過WiFi模塊上傳至云平臺,同時也與閾值進行比較,如果超過閾值則自動進行報警。
2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)是以Arduino單片機作為森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)硬件部分的主控單片機,由溫度傳感器模塊、濕度傳感器模塊、紅外光(火焰光)強傳感器模塊、煙霧傳感器模塊等組成。通過將Arduino單片機與森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)各個模塊相連接,實現(xiàn)Arduino控制森林火災(zāi)監(jiān)控及報警的相關(guān)操作。Arduino通過與外部傳感器相連接可以對外部環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集,然后連接無線網(wǎng)絡(luò)與控制終端的通信,從而實現(xiàn)對森林環(huán)境的檢測以及對是否需要報警的判定,能夠進行24小時無停息監(jiān)控保證實施森林安全。
2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境是Arduino IDE,Arduino單片機通過溫濕度傳感器采集到數(shù)據(jù)過后,與設(shè)定值進行對比,如果超過程序預(yù)先設(shè)定的閥值執(zhí)行報警信號,并自動上傳火情地的位置信息。煙霧傳感器和紅外光傳感器采集數(shù)據(jù)后,同樣與設(shè)定值進行對比,如果超過閥值便執(zhí)行同樣的報警信號上傳,并上傳火情信息。并將數(shù)據(jù)上傳至OneNET平臺,并在平臺上顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)準確值且進行可視化處理。
2.4 系統(tǒng)測試
森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)測試是對應(yīng)用控制程序、功能程序和硬件協(xié)同進測試,觀察各個模塊程序能夠與硬件工作情況。OneNET平臺測試云平臺數(shù)據(jù)信號傳輸,實時顯示森林環(huán)境中的煙霧濃度,溫濕度和紅外光強度以及數(shù)據(jù)查看。系統(tǒng)測試結(jié)果如圖1所示。
3 結(jié)論
本文利用嵌入式技術(shù)設(shè)計了一款基于Arduino的森林火災(zāi)監(jiān)控及報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32F103RCT6為控制核心,對森林環(huán)境的溫濕度、煙霧濃度、紅外光強進行實時檢測,通過WiFi傳輸數(shù)據(jù)至云平臺,實現(xiàn)了遠程智能監(jiān)控及報警,實時了解森林真實情況。該系統(tǒng)省力省時,減輕了護林員對大面積的森林巡查力度,降低了人力成本,具有較大的市場應(yīng)用前景和發(fā)展前景。
參考文獻
[1]古亞明.森林防火技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J]現(xiàn)代園藝,2020.04.
[2]張威,張烈.新型森林火情預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與探討,2020(1):75-80.
[3]王楊.基于5G技術(shù)的森林防火監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)在機理與應(yīng)用分析,2020(8):56-582.