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基于ARM的嵌入式森林防火远程无线监控系统

方芳，王建伟
北京邮电大学自动化学院，北京（100876）
E-mail：[e-mail]
摘要：森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，因此一旦有火警发生，就必须以极快的速
度采取扑救措施。本文介绍了基于ARM的嵌入式森林防火远程无线监控系统的研制，采用
ARM处理器和市场上广泛使用的价廉物美的ZC301芯片的USB摄像头，通过GPRS模块，
将图像不断的发给远端的管理指挥中心。在火灾发生后的第一时间，自动报警模块将发出告
警，真正做到早发现，早解决。
关键词：ARM，嵌入式操作系统，火灾报警

1.引言
随着造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火工作是首要任务。森
林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。火灾扑救是否及
时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决
策措施是否得当。为此国内外都在为预防、减少和控制森林火灾而努力。
在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前
者技术发展己经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用；后者是新近崛起
的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊
端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。嵌入式方式的视频监控系统其具有布控区域广阔、
几乎无限的无缝扩展能力、易于组成非常复杂的监控网络、性能稳定可靠等特点，必将成为
今后视频监控领域的主流产品。
本文就是根据视频监控领域的发展趋势，开发一套基于ARM9处理器和USB摄像头的
嵌入式森林防火视频监控告警系统。
2.系统构成和工作原理
森林防火远程无线监控系统以应用为中心，以嵌入式ARM-LINUX系统构建，该操作系
统可以提供免费的TCP/IP协议栈，由于GPRS网络（2.5G移动通信技术）支持TCP/IP协议，
这使得无线数据传输变得更加轻松，而且相对价格比短消息等要便宜许多！本系统采用模块
化的结构设计思想，将设备分为主控模块和各个功能模块。主控模块和各功能模块之间有统
一的或者特定的接口形式，用户可根据不同的需要选用不同的功能模块，各种类型的数据可
以同时传输而不相互干扰，同时也可根据市场的需求继续扩展其它功能模块。
森林防火远程无线监控系统是由以下几个模块组成：
1.传感器数据处理模块
根据实际需要，本系统将采集温度传感器和烟雾传感器的数据，当采集到的数据值高于
报警值时，启动自动报警模块，提醒巡逻人员注意。
2.LCD显示模块
显示检测到的温度及烟雾值，以便于森林巡逻人员观测数据。
3.自动报警模块
自动报警模块一面使嵌入式模块上的蜂鸣器发出警报声，同时发送报警信号通过GPRS
网络及时的传回远端的监控管理中心，以便管理人员及时发现并处理火情。

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4.嵌入式核心控制模块
5.USB摄像头视频图像采集处理模块
6.GPRS无线数据传输模块
7.远程监控软件模块
系统结构框图如图1所示：

图1系统结构框图

3.嵌入式核心控制模块
目前，国际高端火灾监控系统是欧美和日本的天下，他们的产品多采用多CPU系统，
各个CPU执行不同的任务，有的负责接收、处理和传输图像采集模块输入的信号，有的发
出报警信号。采用的控制器以16位控制器为主，在通信方面以CAN总线方式为主。
国内多数采用8位微处理器，成本低廉，但是无法直接同Internet相连接，只能通过PC
机再与互联网相连，增加了额外的工程造价，不利于实现远程监控，可操作性差。
本文论述的森林防火远程无线监控系统采用三星公司的ARM9芯片S3C2410作为控制
器，成功地实现了图像处理，传感器数据处理及GPRS无线传输等多项功能。

3.1嵌入式系统
嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、
体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组
成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。

3.2嵌入式处理器的分析和选型
ARM（AdvancedRISCMachines)公司自1990年正式成立以来，在32位RISC（Reduced
InstructionSetComputer）CPU开发领域不断取得突破，其结构已经从V3发展到V6。由于ARM
公司从不生产或销售芯片，而是设计出高效的IP（IntelligenceProperty）内核，向各大半导
体制造商出售知识产权，加上其设计的RISC处理器具有性能高、功耗低、成本低