0引言
由于秸秆焚烧严重影响生态环境，造成了空气质量的恶化和交通事故，不利于农田有机质的积累和循环利用，因此近些年来政府采取了禁烧、推广保护性耕作技术和促进秸秆综合利用来解决上述问题。1999年，环保总局会同农业部等6部门下发了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》，2004年环保总局开始利用卫星遥感等现代科技手段，对全国夏秋两季秸秆焚烧情况实施监测。2007年5月-6月卫星遥感监测数据表明，我国主要农区山东、山西、河北、河南、安徽、江苏、陕西火点数分别为280，1013，357，87，577，592，83个，涉及到81个地区384个县，比2006年同期均有不同程度的增加。其主要原因是由于禁烧责任不易落实、相关部门执法难度大、综合利用技术推广缓慢等原因，秸秆禁烧的工作稍有松懈，极易反弹。
2008年为确保奥运空气质量，国家进一步加大了秸秆禁烧工作的力度，并明确2008年5月初-9月底，北京、天津、山东等9省市，将作为重点区域，全面禁烧秸秆。由于农村地大面广，一到禁烧期间，通常需要在农田网格化布点人工嘹望的方法监控，执法人员需要量多，野外工作时间和强度都较大，使该项工作难以深入、持久进行。同时由于焚烧秸秆基本上是个人行为，焚烧后即离开现场，若不及时处理则因而违法行为界定困难而使责任人难以受到追究。
农作物秸秆可以经过
秸秆压块机、
秸秆颗�；�压制成生物质颗粒燃料，这样做可以完美地解决农作物秸秆的焚烧问题。
为了完成禁烧工作，各地纷纷采取建立秸秆禁烧目标管理责任制以及田间地头24h蹲守检查的方式。通过采用“人海战术”花费了大量的人力物力后，2008年的空气质量得到了明显的改善。但是2008年禁烧成本过大，因此如何进一步完善秸秆禁烧的监控系统和综合利用技术，建立起秸秆禁烧的长效机制才是解决问题的根本出路。
目前，随着基于蓝牙( Bluetooth)，ZigBee，Wi - Fi协议的无线传感器网络技术的成熟和低成本化，在人口集中地区、机场周围、高速公路干线附件等重点区域使用温度、烟雾等无线传感器，建立基于温度／烟度的秸秆禁烧无线监测系统，系统随时将预警信息发送到监控人及上级的信息终端（可以是移动终端如手机或联网的计算机）上，将比目前采用人工24h蹲守嘹望方式具有更高的可靠性和效率，并可大大减少野外瞭望的时间。同时，通过扩充传感器监测目标，可以完成农田信息的远程监测和无人值守，并可逐步扩大到大范围区域的农田信息监测。
1、技术途径与系统组成
秸秆焚烧与温度是直接关联的，通过监测农田温度可以在很大程度上对秸秆焚烧进行预警。结合当’地的气象条件、农田沟渠、田埂的分布和机场、高速公路的布局，与经验数据进行对比分析，设置适当的温度预警线，就可以达到秸秆禁烧监测预警的目的。
由于监测范围较大和常年连续监测，采用无使用费用的短程无线接入技术可节约成本。通过比较，选定ZigBee技术方案。采用ZigBee微�？橛氪性﨑S1620组成无线传感器网络，将预警信息传送到村级监测站，由EBOX2对信息进行分析处理，然后再通过以太网络或GSM/GPRS网络传送到上级监管部门，由服务器将数据处理存储，形成秸秆禁烧状况的记录和执法线索。
ZigBee微�？榧涞拇渚嗬胛�1O～100m，为了兼顾系统的高可靠性与低成本，在设计中选取各节点间距为70m，节点间、节点与EBOX2间均采用无线联接，一个平均有200hmz耕地的村庄只需网格化布置节点总400个，就可以实现全覆盖监测。当检测区域中出现河流、道路或树林，致使某些节点间距超过70m时，需要采用功率放大�？榻性龀�，这些节点为特殊节点，对其供电要采取较大功率的电源。秸秆禁烧无线监测系统示意图。
系统运行中，每次检测数据与前几次比较，如果温度有明显变化，则该地有异常情况，给出温度预警；继续检测，根据焚烧区预警点变化，可计算出秸秆焚烧的扩展逮度。统计温度持续高温状态的节点数，可得出秸秆焚烧的范围。焚烧的具体地点可采用ZigBee�？榈腎D码与地理位置（坐标）相对应来计算确定。
1.1 f DS1620功能与主要技术参数
设计采用Dallas公司推出的数字温度测控器件DS1620进行空气中温度的检测，其特性如下：一是独特的单线接口方式，与微处理器仅需要一条口线即可实现双向通讯；二是多点组网功能，多个DS1620可以并联在总线上，实现多点测温；三是结构简单，在使用中不需要任何外围元件；四是测温范围- 55～+125℃，固有测温分辨率0.5℃；五是测量结果以9位数字量方式串行传送。
1.2 ZigBee技术简介
目前短程无线连接技术有Wi - Fi、蓝牙(Blue-tooth）、ZigBee、超宽带（Ultra WideBand）、无线局域网( WLAN):无线USB等技术。ZigBee技术由于其低速和低功耗的特点，在自动化领域被认为具有广阔前景。ZigBee协议是建立在IEEE802. 15,4标准上的低功耗、近距离、低复杂度、低数据传输率、低成本的双向通信无线技术。IEEE802. 15.4定义了两个，有2.4GHz和868/915 MHz，这两个物理层都DSSS（直接序列扩频），使用相同的物理数据包格式，区别在于工作频段、调制技术、扩频码片长度和传输速率。建立在IEEE802. 15.4标准上的ZigBee的协议栈只需要28kB，从而降低了系统的成本和复杂度。
2、火灾检测方法的研究
2.1 等温线温度梯度分析方法
采用坐标定位与温度梯度预测的方法进行大范围的秸秆禁烧监测预警，其原理如图2所示。当某一节点检测到高温时，给出节点预警，系统查询邻近区域节点温度。随着温度阶梯度的变化，可以确定高温区域以及温度场的变化，据此可以推测出秸秆焚烧的蔓延趋势。
2.2秸秆焚烧蔓延算法研究
当节点给出预警信号后，下一个关键任务就是对火势蔓延进行预测。对火势蔓延的预测主要需掌握两方面情况：一是当前秸秆燃烧范围，通过统计网络内高温节点分布范围确定；二是火区蔓延速度，需通过一定算法分析火区蔓延速度。
2. 2.1火势初始速度”估计
根据农田正常大气湿度、温度和作物情况估计初始速度"。通常秸秆燃烧蔓延速度大致分为3个等级：一级≤2 m/min，二级=2～12 m/min，三级≥12m/min。为了提高系统检测的分辩率，根据秸秆燃烧时火势蔓延速度进一步细分为5级：1~2 m/min，2～3m/min，3—7m/min．7一12m/min，≥12m/min，系统根据环境判断初始速度属于哪一级。
2. 2.2火源点估算
设节点均工作正常，农田内N(i，j)各点按时间顺序分别发出预警信号，如图3所示。
在农田环境中可能出现节点工作失灵的情况，以矩形监测网络为例，对各时刻的预警点N(/-I，j-l)附近区域进行查询，得到未正常工作节点N(i,j)等，这些节点使预警节点的位置、时间、顺序都发生了变化（计算示意图略）。在这一情况下，由于火焰燃烧速度是不断变化的，采用上面的方法已无法估计出火源点。在此估计火源点为3个预警点组成的三角形的重心。t1，时刻由于距离火源点远，此时速度已经不是初始速度v，所以只取t1，t2计算，此时以N为原点，有重心坐标（x，y）满足。
3、软硬件系统设计与研究
3.1测点硬件设计
整个测试节点硬件系统由一块单片机AT89C52、温度传感器DS1620和ZigBee�？榈茸槌傻缭醋榧葾AA型锂电池组与太阳能电池组构成，可满足长年供电的需求。
DS1620采用8脚DIP封装或8脚SOIC封装，引脚功能如下：
1) DQ三线制的数据输入／输出；
2) CLK/CONV为三线制的时钟输入和标准转换输入；
3) RST三线制的复位输入；
4) GND地；
5) TCOM温度高／低限触发输出；
6) TLOW温度低限触发输出；
7) THIGH温度高限触发输出；
8) VDD 3 ~5V电源。
为了降低成本，ZigBee节点采用两种类型，一种是全功能器件( FFD)，它承担网络协调者的功能，可以同网络中韵任何设备通信，可存在于任何拓扑结构中；另一种是简化功能器件( RFD)，只能与主器件通信，实现简单，多用于星型拓扑结构中。
3.2监控中心硬件设计
监控中心采用嵌入式系统EBOX2，通过串口接收单片机接收到的无线发送信息，对数据进行处理、分析，并将资料通过CPRS和以太网上传。监控中心硬件构成如图4所示。
3.3系统软件设计
主程序由几个子程序模块组成，包括参数初始化、按键处理、数据通信、数据存储、数据打印和通信模块。若要增加或删减系统的某些功能，只需更改相应的程序�？榧纯伞�
如要提高精确度，可以增加PID调节子程序模块。由于温控对象普遍具有时变性、惯性大、纯滞后等特点，对于一般的温度测量，用中值数字滤波的方法提高测量的精确度。对于恒温控制，使用PID控制。采取变速积分措施，防止或消除系统出现的积分饱和现象。系统中温度采集�？槭且訢S1620芯片为核心的，这部分的软件设计，也是围绕着DS1620芯片开发的，用C51开发的源程序代码在此从略。
4、结束语
本文分析研究了基于ZigBee技术、嵌入式控制器的一套在分辨率、稳定性、冗余性等方面性能较好的感温型秸秆禁烧监测技术。基于这一技术的监测网络具有电路简单、成本低廉、制作简便、维护方便等优点，可以实现秸秆焚烧的及时发现、及时报警，以迅速采取措施，尽量减少损失。同时，其具有很好的冗余性和可扩展性，可很方便地扩展成农田信息无线监测系统。采用这种技术的无线传感器网络不但可以用于秸秆禁烧的预警，通过选用不同的传感器还可用于农田及农村的其他信息的无线监测。
富通新能源生产销售的
秸秆颗�；�、
秸秆压块机专业处理农作物秸秆焚烧问题。
