一、項目概述

1.1 引言

“十二五”規(guī)劃中明確地提出了在接下來的五年中要“綠色發(fā)展 建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”著重強(qiáng)調(diào)了對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)。保護(hù)和修復(fù)生態(tài)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(tǒng)的人工管理方法消耗了大量的時間和人力，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會的需要。與此同時，隨著科學(xué)的進(jìn)步，各種先進(jìn)的技術(shù)不斷融入社會的各個領(lǐng)域，促進(jìn)了資源和管理的優(yōu)化。

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

二、需求分析

2.1 功能要求

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

(2) 各分節(jié)點一旦檢測出火警，立刻向主節(jié)點報告。

(3) 各主節(jié)點有攝像頭，能夠提供周圍關(guān)于病蟲的圖像信息。

(4) 主節(jié)點能夠通過短距離無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)收集所屬分節(jié)點的信息和自己收集的圖像信息，并通過GPRS模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程主機(jī)。

(5) 每個節(jié)點在有陽光時能利用太陽能光板進(jìn)行內(nèi)部電池的充電，以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

(6) 遠(yuǎn)程主機(jī)系統(tǒng)能夠統(tǒng)一處理各個主節(jié)點收集的信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程高效管理。

2.2 性能要求

(1) 系統(tǒng)必須能夠長時間穩(wěn)定運(yùn)行。

(2) 能夠?qū)鹎樽龀隹焖俚姆磻?yīng)。

(3) 由于是戶外使用，各個節(jié)點必須具有較強(qiáng)的抗老化能力。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

（1）系統(tǒng)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(xiàn)，以此來達(dá)到全方位采集信息的目標(biāo)。

（2）為了實現(xiàn)對一個區(qū)域樹林生長情況監(jiān)控，本設(shè)計采用子節(jié)點和主節(jié)點的兩層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。在一個林區(qū)中，每隔一段距離就有一個子節(jié)點，每個子節(jié)點測量土壤溫濕傳感器、氣溫傳感器和氣壓傳感器的數(shù)據(jù)，同時每個子節(jié)點可以通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)送到主節(jié)點。

（3）主節(jié)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(zāi)發(fā)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(fā)照片到遠(yuǎn)程監(jiān)控臺；第二，利用Zigbee模塊來獲取多個子節(jié)點送來的數(shù)據(jù)，并以短信的形式通過GPRS模塊發(fā)數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程監(jiān)控臺。

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

（5）遠(yuǎn)程主機(jī)，采用計算機(jī)來實現(xiàn)，利用計算機(jī)比較好的人機(jī)交互界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。

分節(jié)點架構(gòu)見圖1。

圖1 分節(jié)點架構(gòu)框圖

主節(jié)點架構(gòu)見圖2。

圖2 主節(jié)點架構(gòu)框圖

遠(yuǎn)程主機(jī)架構(gòu)見圖3。

圖3 遠(yuǎn)程主機(jī)架構(gòu)框圖

系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖4。

圖4 系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖