基于Arduino的森林火灾监控及报警系统设计与实现

陈俊吉 张源麟

摘 要：随着我国森林资源也日渐丰富，对森林资源的保护也越发重要，而森林火灾是最主要的森林灾害，因此需要加强森林火灾防护。基于此，本系统设计了一款森林火灾监控及报警系统。本系统采用红外光强传感器、温湿度传感器、烟雾浓度传感器，以Arduino单片机作为控制中心，利用嵌入式技术，通过传感器收集相关数据，及WiFi传输数据至云平台实现信息交互，实现了远程监控的智能规范化管理以及数据可视化的森林火灾监控及报警系统。同时，该系统对实际监视设备进行优化，可有效解决在不同天气情况下对传感器的影响，提高了设备的合理性、高效性。该系统省去人工的复杂操作，减轻了护林员对大面积的森林巡查力度，降低了人力成本，能够实时了解森林实时情况，具有较大的市场应用前景和发展前景。

关键字：Arduino;传感器;监控报警;数据采集

1 引言

森林火灾是森林灾害中突发性最强、危害范围最广、破坏性最高的自然灾害。但是由于森林的覆盖面广、地形复杂、气候多变因而对其的实时监控难度巨大[1]。如何对森林火灾的监控及防范一直是国内外各大森林监管机构的研究对象。就目前国内发展而言，红外光火焰光强检测技术与烟雾传感器进行烟雾检测是国内运用最为广泛的检测手段，将传感器放置于森林火情监控车上进行对森林的巡查工作[2]。利用火情发生时，火焰光发出特定波长的红外光信号，传感器进而进行采集并通过单片机事先设定的流程进行反应。基于这一特性，设计了以单片机为操作核心的DSP硬件电路，对整个森林划分不同的区域进行持续的扫描且数据采集，再利用WiFi模块对所采集的数据进行传输至后台监控进行数据交互，实现实时全方面在线监控。在后台监控软件的设计上，设计采用了一台主机多个线下采集库的任务管理方式，因此可以同时管理多台设备。同时设计了一个OneNET平台的数据监控平台，可进行远程的数据状态查询[3]。整个远程监控系统可实现，实时温度、湿度、烟雾浓度、光源强度的数据呈现。

2 系統总体方案设计

2.1 系统功能

随着森林火灾日益严重，每年火灾造成的直接财产损失不断增加，因此必须加强对森林的日常监控。森林火灾监控及报警系统恰恰是为了提高对森林火灾监控效率，运用传感器所采集的数据上传至云端平台，从而进行森林环境温湿度、烟雾浓度和红外强度进行实时监控。森林火灾监控及报警系统采用了Arduino单片机作为主控芯片，传感器采集到的数据通过WiFi模块上传至云平台，同时也与阈值进行比较，如果超过阈值则自动进行报警。

2.2 系统硬件设计

森林火灾监控及报警系统是以Arduino单片机作为森林火灾监控及报警系统硬件部分的主控单片机，由温度传感器模块、湿度传感器模块、红外光（火焰光）强传感器模块、烟雾传感器模块等组成。通过将Arduino单片机与森林火灾监控及报警系统各个模块相连接，实现Arduino控制森林火灾监控及报警的相关操作。Arduino通过与外部传感器相连接可以对外部环境数据进行采集，然后连接无线网络与控制终端的通信，从而实现对森林环境的检测以及对是否需要报警的判定，能够进行24小时无停息监控保证实施森林安全。

2.3 系统软件设计

系统软件的开发环境是Arduino IDE，Arduino单片机通过温湿度传感器采集到数据过后，与设定值进行对比，如果超过程序预先设定的阀值执行报警信号，并自动上传火情地的位置信息。烟雾传感器和红外光传感器采集数据后，同样与设定值进行对比，如果超过阀值便执行同样的报警信号上传，并上传火情信息。并将数据上传至OneNET平台，并在平台上显示相应的数据准确值且进行可视化处理。

2.4 系统测试

森林火灾监控及报警系统测试是对应用控制程序、功能程序和硬件协同进测试，观察各个模块程序能够与硬件工作情况。OneNET平台测试云平台数据信号传输，实时显示森林环境中的烟雾浓度，温湿度和红外光强度以及数据查看。系统测试结果如图1所示。

3 结论

本文利用嵌入式技术设计了一款基于Arduino的森林火灾监控及报警系统。该系统以STM32F103RCT6为控制核心，对森林环境的温湿度、烟雾浓度、红外光强进行实时检测，通过WiFi传输数据至云平台，实现了远程智能监控及报警，实时了解森林真实情况。该系统省力省时，减轻了护林员对大面积的森林巡查力度，降低了人力成本，具有较大的市场应用前景和发展前景。

参考文献

[1]古亚明.森林防火技术及其发展趋势[J]现代园艺，2020.04.

[2]张威，张烈.新型森林火情预警监控系统设计与探讨，2020（1）：75-80.

[3]王杨.基于5G技术的森林防火监控系统内在机理与应用分析，2020（8）：56-582.