CN207517157U - 一种太阳能山林防火报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能山林防火报警装置，包括温度传感器、烟雾传感器、光电传感器、太阳能充电模块、蓄电池、GPS定位模块、无线传输模块、控制器和监测中心，太阳能充电模块将太阳能转化成电能并储存在蓄电池中，为整个装置供电，当火灾发生时，装置的周围环境温度变高，启动电路的温度采集电路中热敏电阻RT2的输出电位随自身阻值的变化而发生改变，进而经同向比例运算放大电路、电压比较电路和继电器控制电路启动控制器及各个传感器，控制器将GPS定位模块的位置信息和各个传感器采集的温度、烟雾、火焰等信号通过无线传输模块发送给监测中心集中处理进行报警。

Description

一种太阳能山林防火报警装置

技术领域

本实用新型涉及森林防火报警领域，具体涉及一种太阳能山林防火报警装置。

背景技术

森林在国民经济中占有重要地位，它不仅能提供国家建设和人民生活所需的木材及林副产品，而且还肩负着释放氧气、调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙、美化环境、净化空气、减少噪音及旅游保健等多种使命。

近年森林火灾频现，由火灾造成的人员伤亡也随之增加，不仅给人类的经济建设造成巨大损失，破坏生态环境，而且还会威胁到人民生命财产安全，因此，森林火灾预防至关重要。而森林地区地形险恶，条件恶劣，造成架设电力线困难以及成本高等诸多问题加大了深林防火的难度。现在山林防火通常采用人力，而人工森林防火模式需要投入大量的人力物力，防火反应机制迟缓、效果不佳。

然而太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，完全可以为深林防火所用。利用取之不尽的太阳能资源，实现对山林火灾的预防和及时报警，且火灾发生时会引发温度、湿度、光电和烟雾等发生变化，因此考虑在山林的各个位置架设传感器，利用温湿度、光电和烟雾等传感器实现对山林火灾的检测，并通过太阳能充电模块对蓄电池的充电管理，一旦检测到火灾信号，报警器立即报警，并设有无线传输模块，将火灾信号通过无线传输模块传送到控制室，由控制中心报警，并利用GPS定位火灾地点。

实用新型内容

针对森林火灾会引发经济建设造成巨大损失，破坏生态环境，而森林地区地形险恶，条件恶劣，造成架设电力线困难以及成本高等诸多问题加大了深林防火的难度，且火灾发生时会引发温度、湿度、光电和烟雾等发生变化等各种因素，本实用新型提供了一种太阳能山林防火报警装置，包括温度传感器、烟雾传感器、光电传感器、太阳能充电模块、蓄电池、启动电路、GPS定位模块、无线传输模块、控制器和监测中心，利用太阳能对装置进行供电，通过启动电路启动装个装置开启，并通过各传感器监测火灾，最后利用无线传输模块将火灾信号传送至监测中心实现火灾报警。

本实用新型采用以下的技术方案：

一种太阳能山林防火报警装置，包括太阳能充电模块、蓄电池、启动电路、温度传感器、烟雾传感器、光电传感器、GPS定位模块、无线传输模块、控制器和监测中心，所述太阳能充电模块将太阳能转化成电能并储存在所述蓄电池中，蓄电池为整个装置供电，所述启动电路用于启动整个装置开启，所述GPS定位模块、所述无线传输模块、所述温度传感器、所述烟雾传感器和所述光电传感器均连接于所述控制器，温度传感器、烟雾传感器和光电传感器用于检测火灾信号并将信号发送给控制器，控制器将GPS定位模块的位置信息通过无线传输模块发送给监测中心进行报警。

优选地，所述控制器为单片机。

优选地，所述启动电路括温度采集电路、同向比例运算放大电路、电压比较电路和继电器控制电路，其中，

所述温度采集电路，包括第一电阻R1和热敏电阻RT2，第一电阻R1与热敏电阻RT2串联连接，热敏电阻RT2的阻值随温度的变化而变化，由公式：

U＝5*RT2/(R1+RT2) (1)

其中，U为输出的电压信号，热敏电阻RT2的输出电位随着自身阻值的变化而发生改变，从而输出的电压信号U与环境温度成比例关系；

所述同向比例运算放大电路，包括运算放大器LM324芯片、第二电阻R2、第三电阻R3和可变电阻RV1，LM324芯片的4引脚接电源正极，11引脚接电源负极，2引脚分别接第三电阻R3和可变电阻RV1，R3的另一端接地，RV1的另一端接LM324芯片的输出引脚1，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第二电阻R2，所述输出的电压信号U串联电阻R2保护LM324芯片，防止电流过大烧坏LM324芯片，由公式：

V(1脚)＝(1+RV1/R3)V(3脚) (2)

LM324芯片的输出电位V(1脚)是输入电位V(3脚)的(1+RV1/R3)倍，同向比例运算放大电路的放大倍数由可变电阻RV1的阻值作调整，同时，更改电阻R2的阻值能够改变报警的温度值；

所述电压比较电路，包括电压比较器LM393芯片、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和可变电阻RV2，LM393芯片的8引脚接电源正极，4引脚接电源负极，2引脚分别接第四电阻R4和可变电阻RV2，第四电阻R4的另一端接电源正极，可变电阻RV2的另一端接地，第六电阻R6为上拉电阻，第六电阻R6一端接LM393芯片的输出引脚1，另一端接电源正极，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第五电阻R5，所述同向比例运算放大电路的输出电压串联第五电阻R5保护LM393芯片，防止输入电流过大烧坏LM393芯片，由公式：

U(2脚)＝5*RV2/(R4+RV2) (3)

LM393芯片的2引脚的比较电压U(2脚)由可变电阻RV2的阻值作调整，LM393芯片的3脚电压(输入电压)大于LM393芯片的2脚的比较电压U(2脚)时，电压比较器LM393芯片输出高电压，否则保持低电压；

继电器是一种用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

NPN三极管导通原理：我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U＝R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

所述继电器控制电路包括NPN型三极管Q1、继电器RL2和第七电阻R7，三极管Q1的集电极接继电器RL2的控制端，继电器RL2的另一端接电源正极，三极管Q1的基极接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接所述电压比较电路的电压比较器LM393芯片的输出端，用于保护三极管Q1，防止输入电流过大烧坏三极管Q1，三极管Q1的发射极直接接地，当电压比较器LM393芯片输出高电压时，三极管Q1基极与发射极形成偏置电流，经三极管Q1放大的电流达到控制继电器RL2吸合的标准，至此完成启动电路的导通。

本实用新型具有的有益效果是：

(1)针对森林地区地形险恶，条件恶劣，造成架设电力线困难以及成本高等诸多问题加大了深林防火的难度，且火灾发生时会引发温度、湿度、光电和烟雾等发生变化等各种因素，提供了太阳能山林防火报警装置，利用太阳能对装置进行供电，通过启动电路启动装个装置开启，并通过各传感器监测火灾，最后利用无线传输模块将火灾信号传送至监测中心实现火灾报警，能够及时检测火源，通过报警减少山林与人员的伤亡，灵敏度高、反应快、省时省力；(2)通过GPS定位模块定位近火灾位置信息，火灾信号通过无线传输模块发送，可实现大规模铺设设置，及时检测火源，监控范围广；(3)利用太阳能自供电，节约能源，且能够实现火灾的远程自助预警，预警度高，能够及时报警，及时灭火。

附图说明

图1为太阳能山林防火报警装置的工作流程示意图。

图2为启动电路的工作电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体的说明：

结合图1和图2，一种太阳能山林防火报警装置，包括太阳能充电模块、蓄电池、启动电路、温度传感器、烟雾传感器、光电传感器、GPS定位模块、无线传输模块、控制器和监测中心，太阳能充电模块将太阳能转化成电能并储存在蓄电池中，蓄电池为整个装置供电，启动电路充当整个装置的“开关”，用于启动整个装置开启，GPS定位模块、无线传输模块、温度传感器、烟雾传感器和光电传感器均连接于控制器，温度传感器、烟雾传感器和光电传感器用于检测火灾信号并将信号发送给控制器，控制器将GPS定位模块的位置信息通过无线传输模块发送给监测中心进行报警。

启动电路包括温度采集电路、同向比例运算放大电路、电压比较电路和继电器控制电路，当发生火灾时，太阳能山林防火报警装置的周围环境的温度将发生变化，温度变高，启动电路中的温度采集电路中热敏电阻RT2的输出电位随自身阻值的变化而发生改变，进而经同向比例运算放大电路、电压比较电路和继电器控制电路启动控制器及各个传感器，控制器将GPS定位模块的位置信息和各个传感器采集的温度、烟雾、火焰等信号通过无线传输模块发送给监测中心集中处理进行报警，监测中心报警时，发出蜂鸣报警、大喇叭通知报警，同时自动启动报警电话，通知工作人员及时处理火灾。

其中，启动电路中的各个电路的各元器件的连接关系为：

1、温度采集电路，包括第一电阻R1和热敏电阻RT2，第一电阻R1与热敏电阻RT2串联连接，热敏电阻RT2的阻值随温度的变化而变化，由公式：

U＝5*RT2/(R1+RT2) (1)

其中，U为输出的电压信号，热敏电阻RT2的输出电位随着自身阻值的变化而发生改变，从而输出的电压信号U与环境温度成比例关系。

2、同向比例运算放大电路，包括运算放大器LM324芯片、第二电阻R2、第三电阻R3和可变电阻RV1，LM324芯片的4引脚接电源正极，11引脚接电源负极，2引脚分别接第三电阻R3和可变电阻RV1，R3的另一端接地，RV1的另一端接LM324芯片的输出引脚1，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第二电阻R2，输出的电压信号U串联电阻R2保护LM324芯片，防止电流过大烧坏LM324芯片，由公式：

V(1脚)＝(1+RV1/R3)V(3脚) (2)

LM324芯片的输出电位V(1脚)是输入电位V(3脚)的(1+RV1/R3)倍，同向比例运算放大电路的放大倍数由可变电阻RV1的阻值作调整，同时，更改电阻R2的阻值能够改变报警的温度值。

3、电压比较电路，包括电压比较器LM393芯片、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和可变电阻RV2，LM393芯片的8引脚接电源正极，4引脚接电源负极，2引脚分别接第四电阻R4和可变电阻RV2，第四电阻R4的另一端接电源正极，可变电阻RV2的另一端接地，第六电阻R6为上拉电阻，第六电阻R6一端接LM393芯片的输出引脚1，另一端接电源正极，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第五电阻R5，同向比例运算放大电路的输出电压串联第五电阻R5保护LM393芯片，防止输入电流过大烧坏LM393芯片，由公式：

U(2脚)＝5*RV2/(R4+RV2) (3)

LM393芯片的2引脚的比较电压U(2脚)由可变电阻RV2的阻值作调整，LM393芯片的3脚电压(输入电压)大于LM393芯片的2脚的比较电压U(2脚)时，电压比较器LM393芯片输出高电压，否则保持低电压。

4、继电器控制电路包括NPN型三极管Q1、继电器RL2和第七电阻R7，三极管Q1的集电极接继电器RL2的控制端，继电器RL2的另一端接电源正极，三极管Q1的基极接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接电压比较电路的电压比较器LM393芯片的输出端，用于保护三极管Q1，防止输入电流过大烧坏三极管Q1，三极管Q1的发射极直接接地，当电压比较器LM393芯片输出高电压时，三极管Q1基极与发射极形成偏置电流，经三极管Q1放大的电流达到控制继电器RL2吸合的标准，至此完成启动电路的导通，从而完成对整个装置的导通、启动。这里，从温度采集电路到同向比例运算放大电路，再到电压比较电路，当三极管Q1放大的电流达到控制继电器RL2吸合的标准时，继电器相当于一种用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”，从而该整个启动电路实现导通，进而启动控制器及各个传感器，实现整个装置的导通。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能山林防火报警装置，其特征在于，包括太阳能充电模块、蓄电池、启动电路、温度传感器、烟雾传感器、光电传感器、GPS定位模块、无线传输模块、控制器和监测中心，所述太阳能充电模块将太阳能转化成电能并储存在所述蓄电池中，蓄电池为整个装置供电，所述启动电路用于启动整个装置开启，所述GPS定位模块、所述无线传输模块、所述温度传感器、所述烟雾传感器和所述光电传感器均连接于所述控制器，温度传感器、烟雾传感器和光电传感器用于检测火灾信号并将信号发送给控制器，控制器将GPS定位模块的位置信息通过无线传输模块发送给监测中心进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能山林防火报警装置，其特征在于，所述控制器为单片机。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能山林防火报警装置，其特征在于，所述启动电路括温度采集电路、同向比例运算放大电路、电压比较电路和继电器控制电路，其中，

所述温度采集电路，包括第一电阻R1和热敏电阻RT2，第一电阻R1与热敏电阻RT2串联连接，热敏电阻RT2的阻值随温度的变化而变化，由公式：

U＝5*RT2/(R1+RT2) (1)

其中，U为输出的电压信号，热敏电阻RT2的输出电位随着自身阻值的变化而发生改变，从而输出的电压信号U与环境温度成比例关系；

所述同向比例运算放大电路，包括运算放大器LM324芯片、第二电阻R2、第三电阻R3和可变电阻RV1，LM324芯片的4引脚接电源正极，11引脚接电源负极，2引脚分别接第三电阻R3和可变电阻RV1，R3的另一端接地，RV1的另一端接LM324芯片的输出引脚1，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第二电阻R2，所述输出的电压信号U串联电阻R2保护LM324芯片，防止电流过大烧坏LM324芯片，由公式：

V(1脚)＝(1+RV1/R3)V(3脚) (2)

LM324芯片的输出电位V(1脚)是输入电位V(3脚)的(1+RV1/R3)倍，同向比例运算放大电路的放大倍数由可变电阻RV1的阻值作调整，同时，更改电阻R2的阻值能够改变报警的温度值；

所述电压比较电路，包括电压比较器LM393芯片、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和可变电阻RV2，LM393芯片的8引脚接电源正极，4引脚接电源负极，2引脚分别接第四电阻R4和可变电阻RV2，第四电阻R4的另一端接电源正极，可变电阻RV2的另一端接地，第六电阻R6为上拉电阻，第六电阻R6一端接LM393芯片的输出引脚1，另一端接电源正极，3引脚为信号输入引脚，3引脚接第五电阻R5，所述同向比例运算放大电路的输出电压串联第五电阻R5保护LM393芯片，防止输入电流过大烧坏LM393芯片，由公式：

U(2脚)＝5*RV2/(R4+RV2) (3)

LM393芯片的2引脚的比较电压U(2脚)由可变电阻RV2的阻值作调整，LM393芯片的3脚电压(输入电压)大于LM393芯片的2脚的比较电压U(2脚)时，电压比较器LM393芯片输出高电压，否则保持低电压；

所述继电器控制电路包括NPN型三极管Q1、继电器RL2和第七电阻R7，三极管Q1的集电极接继电器RL2的控制端，继电器RL2的另一端接电源正极，三极管Q1的基极接第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接所述电压比较电路的电压比较器LM393芯片的输出端，用于保护三极管Q1，防止输入电流过大烧坏三极管Q1，三极管Q1的发射极直接接地，当电压比较器LM393芯片输出高电压时，三极管Q1基极与发射极形成偏置电流，经三极管Q1放大的电流达到控制继电器RL2吸合的标准，至此完成启动电路的导通。