基于Arduino的森林火災監控及報警系統設計與實現

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重要，而森林火災是最主要的森林災害，因此需要加強森林火災防護。基于此，本系統設計了一款森林火災監控及報警系統。本系統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，通過傳感器收集相關數據，及WiFi傳輸數據至云平臺實現信息交互，實現了遠程監控的智能規范化管理以及數據可視化的森林火災監控及報警系統。同時，該系統對實際監視設備進行優化，可有效解決在不同天氣情況下對傳感器的影響，提高了設備的合理性、高效性。該系統省去人工的復雜操作，減輕了護林員對大面積的森林巡查力度，降低了人力成本，能夠實時了解森林實時情況，具有較大的市場應用前景和發展前景。

關鍵字：Arduino;傳感器;監控報警;數據采集

1 引言

森林火災是森林災害中突發性最強、危害范圍最廣、破壞性最高的自然災害。但是由于森林的覆蓋面廣、地形復雜、氣候多變因而對其的實時監控難度巨大[1]。如何對森林火災的監控及防范一直是國內外各大森林監管機構的研究對象。就目前國內發展而言，紅外光火焰光強檢測技術與煙霧傳感器進行煙霧檢測是國內運用最為廣泛的檢測手段，將傳感器放置于森林火情監控車上進行對森林的巡查工作[2]。利用火情發生時，火焰光發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定的流程進行反應。基于這一特性，設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域進行持續的掃描且數據采集，再利用WiFi模塊對所采集的數據進行傳輸至后臺監控進行數據交互，實現實時全方面在線監控。在后臺監控軟件的設計上，設計采用了一臺主機多個線下采集庫的任務管理方式，因此可以同時管理多臺設備。同時設計了一個OneNET平臺的數據監控平臺，可進行遠程的數據狀態查詢[3]。整個遠程監控系統可實現，實時溫度、濕度、煙霧濃度、光源強度的數據呈現。

2 系統總體方案設計

2.1 系統功能

隨著森林火災日益嚴重，每年火災造成的直接財產損失不斷增加，因此必須加強對森林的日常監控。森林火災監控及報警系統恰恰是為了提高對森林火災監控效率，運用傳感器所采集的數據上傳至云端平臺，從而進行森林環境溫濕度、煙霧濃度和紅外強度進行實時監控。森林火災監控及報警系統采用了Arduino單片機作為主控芯片，傳感器采集到的數據通過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 系統硬件設計

森林火災監控及報警系統是以Arduino單片機作為森林火災監控及報警系統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單片機與森林火災監控及報警系統各個模塊相連接，實現Arduino控制森林火災監控及報警的相關操作。Arduino通過與外部傳感器相連接可以對外部環境數據進行采集，然后連接無線網絡與控制終端的通信，從而實現對森林環境的檢測以及對是否需要報警的判定，能夠進行24小時無停息監控保證實施森林安全。

2.3 系統軟件設計

系統軟件的開發環境是Arduino IDE，Arduino單片機通過溫濕度傳感器采集到數據過后，與設定值進行對比，如果超過程序預先設定的閥值執行報警信號，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據后，同樣與設定值進行對比，如果超過閥值便執行同樣的報警信號上傳，并上傳火情信息。并將數據上傳至OneNET平臺，并在平臺上顯示相應的數據準確值且進行可視化處理。

2.4 系統測試

森林火災監控及報警系統測試是對應用控制程序、功能程序和硬件協同進測試，觀察各個模塊程序能夠與硬件工作情況。OneNET平臺測試云平臺數據信號傳輸，實時顯示森林環境中的煙霧濃度，溫濕度和紅外光強度以及數據查看。系統測試結果如圖1所示。

3 結論

本文利用嵌入式技術設計了一款基于Arduino的森林火災監控及報警系統。該系統以STM32F103RCT6為控制核心，對森林環境的溫濕度、煙霧濃度、紅外光強進行實時檢測，通過WiFi傳輸數據至云平臺，實現了遠程智能監控及報警，實時了解森林真實情況。該系統省力省時，減輕了護林員對大面積的森林巡查力度，降低了人力成本，具有較大的市場應用前景和發展前景。

參考文獻

[1]古亞明.森林防火技術及其發展趨勢[J]現代園藝，2020.04.

[2]張威，張烈.新型森林火情預警監控系統設計與探討，2020（1）：75-80.

[3]王楊.基于5G技術的森林防火監控系統內在機理與應用分析，2020（8）：56-582.