基于ZigBee和ARM技术的森林火情监测系统方案

　　考虑到具体的硬件电路图设计比较繁杂，在此给出Coor-Node的节点的硬件设计框图，STM32F103C8是数传电台和ZigBee模块的中间层，通过两个串口分别连接数传电台和ZigBee，作为模拟电台数据和ZigBee数据的交互层，通过对其软件进行编程，实现两种网络数据的转化。

　　系统硬件设计主要以STM32F103C8为中心设计其外围电路，包括电源电路设计、时钟电路设计、复位电路设计，存储电路设计和接口电路设计等方面。

　　在Coor-Node电路板上因很多芯片的工作电压和电流不同，因此电源部分的设计非常关键。整个系统有外部的12 V的太阳蓄电池供电，而TM32F103C8的工作电压为1.8 V，I/O工作电压为3.3 V，数传电台的工作电压为4.5~5.5 V，ZigBee模块的供电电压为3.3 V，因此选择LM2576-5.0，MIC29302及AMS1117系列的电压转换芯片，得到各芯片相应的工作电压。电源部分的设计思想如图3所示。

　　相对电源部分，时钟电路和硬件复位电路的设计相对简单，时钟晶振采用12 MHZ的外部晶振电路，硬件复位电路采用MAX813复位芯片实现。由于TM32F103C8只具有64KB的片内Flash存储器和20 kB的SRAM，只能够满足系统的基本需求，有考虑到ZigBee子节点地址等相关系统参数的存储问题，所以外扩了一块8 MB的Flash和以一块32 k的Sram62256.

　　在外围设备接口电路方面，由于TM32F103C8和数传电台以及ZigBee模块均为串口连接，在电路设计方面简单可靠。TM32F103C8的程序烧写方式采用在系统（ISP），采用ST的ISP软件，设置完芯片的启动模式为system memory，即可通过串口和ISP软件来下载Bin文件。程序下载板主要由一块美信公司MAX3232电平转换芯片构成。其能够将PC串口标准（RS232）转转换为TM32F103C8串口TTL标准。

　　相比TM32F103C8，由于数传电台和XBee都是模块的封装，其外围电路设计比较简单。Xbee模块的串口与TM32F103C8的串口0直接连接。数传电台的串口与TM32F103C8的串口1直接连接。另外，在实际应用中，为了增加系统可视化，在硬件电路上增加数码管显示和LED指示灯，可通过数码管和LED的状态了解Coor-Node节点的运行情况，如与中继节点的连接，芯片正常工作，接受和发送森林环境参数等。

　　3 系统软件设计

　　系统软件设计分为4部分：XBee模块的单片机软件编程，Coor-Node的节点TM32F103C8软件编程，中继节点软件编程，上位机管理软件的设计。在此只介绍XBee模块的软件编程。XBee软件编程包括采集节点的XBee模块上的单片机编程和Coor-Node节点的XBee模块上的单片机编程。

　　Coor-Node节点的XBee模块上的单片机编程。Coor-Node节点的XBee模块在构建的星型网络中作为协调器，协议栈初始化，创建PAN CO-ORDINATOR，选择PAN ID和Coor-Node的短地址，选择空闲信道，启动网络，转发数据。协调器软件流程图如图4所示。

　　End-Node节点的XBee模块的编程，首先协议栈初始化，然后扫描信道发现网络中的协调器Coor-Node节点，通过相应的信道发送加入网络的请求，一旦Coor-Node节点接受了该设备，它将发送一个16位的短地址给设备，作为设备在网络中标识。

　　系统任务定时进行喂狗和向上位机发送心跳帧。定时喂狗可以在程序"跑飞"和"死锁"情况下实现自动复位：在数据上传间隔时间较长的情况下，定时发送心跳帧能够检测设备是否正常工作。

　　4 结论

　　以上提出了一种新的基于ZigBee和ARM的无线森林火情监测系统，有机结合了ARM高效的处理技术、短波灵活的远程数据传输技术和Zig Bee的低成本、低功耗等特点，经实验表明，该系统工作稳定，可靠性强，该系统在森林火情监测中有良好的应用前景。