一、項目概述
　　1.1 引言
　　森林是人類生存和可持續發展的寶貴資源，在國家經濟建設和可持續發展中具有不可替代的地位和作用。森林資源是地球上重要的資源之一，是生物多樣化的基礎，它不僅能夠為生產和生活提供多種寶貴的木材和原材料，能夠為人類經濟生活提供多種食品，更重要的是森林能夠調節氣候、保持水土、防止和減輕旱澇、風沙、冰雹等自然災害；還有凈化空氣、消除噪音等功能。但往往出于人為因素和自然因素的影響，使森林資源飽受森林火災的致命侵害，嚴重威脅和損害森林生態和人類生命財產安全。因此，研究森林的火災特征并提供相應的防治與控制技術，為其設計合理的火災自動監控報警系統及滅火系統是十分必要，而且刻不容緩的。傳統的森林火災監測、撲救、火險預測等防火技術存在實時監測難、數據分散、通信不方便、應急反應慢、不易歸檔統計、評估預測無可比性等諸多缺憾。作為與地理信息密切相關的森林防火，本文采用無線傳感和以太網技術，可以大為提高森林防火的監測、預測、分析、統計、決策水平，從而防患于未燃，發現于小火，及時撲救，最大限度地減少森林火災的損失，保護森林生態資源和人民生命財產安全。
　　1.2 項目背景/選題動機
　　森林是人類賴以生存及社會發展最重要和不可缺少的資源之一，更是地球生態平衡的保護者。它不僅可以生產木材及其它林副產品，供人類從事生產和生活需要，成為國民經濟建設不可缺少的物質基礎，而且又是維持生態系統平衡，保護和美化環境，有利于農、牧、副等生產事業，造福于人類的一種偉大的力量。但是，由于人們在社會活動中的某些失控及異常自然因素影響等原因，森林火災時有發生。 森林火災是破壞森林資源安全、威脅人類生存環境最為嚴重的災害之一。近些年隨著氣候變動、人為活動等因素的影響，森林火災有加劇上升的趨勢，預防和監測森林火災已成為世界各國森林防火部門的一個重要研究熱點。
　　森林火災是指失去人為控制，在林地內自由蔓延和擴展，并對森林、生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難，造成的經濟損失相當嚴重的自然災害。我國國土遼闊、地形復雜多樣，各地氣候千差萬別，同時人口眾多，人口分布廣泛，造成了森林火災頻發，成為一個森林火災多發的國家。
　　森林火災的發生，絕不是偶然。從氣候角度考察，它們都有一個孕育的過程，即只有當環境溫度、相對濕度、降水量積累到一定閾值，才可能引發林火。這些條件因素具有明顯的地域性和季節性特點，和氣象因子有直接密切的關系。如果能采取積極有效措施，對重點林區的環境因子做到實時、準確地探測感知，無疑將極大地提高火險預知、報警的主動性和準確性。因此，預防和監測森林火災技術的選擇顯得尤為重要。
　　傳統的森林火災監測、撲救、火險預測等防火技術存在實時監測難、數據分散、通信不方便、應急反應慢、不易歸檔統計、評估預測無可比性等諸多缺憾。基于傳統森林火災監測方法存在的不足， 本文將無線傳感器網絡技術和以太網技術引入到森林火災監測中來，構建了基于無線傳感器網絡的森林火災監測系統。該系統可以實時監測有關被測參數（例如溫度、煙霧濃度等） 并發送給監控中心的PC機，對采集到的數據進行分析處理，并與正常的氣象數據以及該地區森林資源基礎數據相比較，判斷是否具有林火發生的危險，為有關部門采取相應的防火或滅火措施提供決策依據。
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　　本次設計的森林防火報警系統主要由總控系統、傳輸節點和監測節點系統組成。總控系統與監測節點都采用AVR32AT32UC3A單片機作為主控制芯片。監測節點在AVR32 AT32UC3A單片機控制下采集溫度傳感器及煙霧傳感器的信息，每個節點通過Zigbee模塊將采集的信息傳送至傳輸節點的GPRS模塊，然后GPRS模塊再將各個Zigbee模塊傳送來的信息通過GPRS無線網絡發送至總控系統。總控系統用于接收GPRS網絡傳來的各節點信息，通過分析處理數據，監控林火情況并能完成聲光報警，此外還能通過GSM模塊以短信方式將報警信息實時發送給相關人員。其系統架構如下圖所示：
　　
　　圖1 系統架構
　　2.2 性能要求
　　1、監測結點每五分鐘發送一次信號；
　　2、當溫度超過一定值且煙霧濃度超過上限值通過監測節點的Zigbee模塊傳送至傳輸節點，再由傳輸節點通過GPRS模塊將信息傳送至總控系統。
　　三、方案設計
　　3.1 系統功能實現原理
　　（1）監測節點硬件系統
　　監測節點是組成無線傳感監測網絡的基本單位，是構成無線傳感監測網絡的基礎平臺。 監測節點由傳感器模塊、無線通訊模塊和電源模塊四部分組成。其中傳感器模塊主要包含溫度傳感器和煙霧濃度傳感器，溫度傳感器由大賽所用開發平臺EVK1105提供，而煙霧濃度傳感器由自己配備，負責采集監測點的煙霧濃度、溫度參數。無線通訊模塊負責與傳輸節點的GPRS模塊進行無線通訊，將傳感器所采集的數據信息利用Zigbee協議傳送給傳輸節點的GPRS模塊。電源部分主要給傳感器模塊、無線通訊模塊供電 ，負責節點的驅動，是決定網絡生存期的關鍵因素。
　　監測節點的硬件組成包括一個AVR32 AT32UC3A單片機，EVK1105中的溫度傳感器部分，自備的煙霧濃度傳感器，無線編碼和發送器（Zigbee模塊）等。