[实用新型]一种森林防火远程监测报警系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种火灾监测和报警系统，具体涉及一种森林防火远程监测和报警系统，属于环境监测领域。

背景技术

森林火灾是全球性的林业重要灾害之一，在破坏森林的各种因素中，森林火灾是最为严重的，每年都会造成林木资源的重大损失和灾区及周边地区大范围的环境污染。自今年以来，全国有很多地区由于干旱致使森林火灾多发，不仅严重破坏了森林资源，而且造成了巨大的经济损失。

森林防火的难度在于森林面积广、交通不方便、通信困难及能源供应缺乏等问题，目前针对森林火灾的监测，主要采用人工嘹望、远程视频监控及卫星遥感监测等方法。人工嘹望的方法比较落后，难以及时发现火情，往往延误扑火时间，造成严重后果。利用数字视频技术和现代通信技术结合的远程视频监控系统，其工作方式主要为：在林区范围内各监测点处安置摄像头，并通过有线或无线数据传输网络实现画面实时送达监控中心，由中心工作人员实施监控。虽然这类系统避免了直接派驻人员的麻烦，可以在一定程度上提高火灾报警的及时性，但实时视频的传输需要庞大且昂贵的通信网络保证。此外，发生火灾的情况相对比较少，故多数时间系统传送的是安全状况下的画面。但由于火情发生难以预测，理论上工作人员必须24小时不间断的监视各监测点传送的视频，否则依然可能延误火情的预报。因此此类预警系统的工作效率不高但投入的人力和物力却较高。采用卫星遥感方式进行监测，通过对遥感照片处理从而发现火灾，由于高分辨率卫星绕地球同一地点的周期较长，对于小面积森林火灾不能有效监控。这些监测手段的运用，对加强森林资源管理是至关重要的，但也明显存在不足。能采用简单易行的方法完成森林防火监控，成为有效保护森林资源的当务之急。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种所需人力不多，能成本低、且时时监控的森林防火监控报警系统。

实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：森林防火远程监测报警系统包括电源、监测系统、报警装置几部分；所述电源由太阳能电池板和充电电池组成，用于采集太阳能，并向监测系统、报警装置提供能源，太阳能电池板的输出端与充电电池的输入端之间用导线连接；所述监测系统由温度传感器、CO₂传感器和主控模块组成，温度传感器和CO₂传感器用于采集监控区域内的温度和CO₂烟雾数值，主控模块采用单片机，用于对所采集到的信息进行处理，并对报警装置的收发信息进行控制；温度传感器、CO₂传感器、单片机由充电电池供电，温度传感器的输出端和CO₂传感器的输出端与单片机的输入端连接；所述报警装置采用短信收发模块，用于向监控中心提供所在监控区域的温度与CO₂烟雾数值，短信收发模块由充电电池供电，单片机的输出端与短信收发模块的输入端连接。

所述太阳能电池板最好采用圆柱状CIGS太阳电池板，可以借助360℃的光伏表面收集阳光，将直射的、漫射的和反射的光能转变成电能。

本实用新型的有益效果是：

1)系统结构简单，使用方便，其能源采用太阳能，节省物力，成本低廉，使用寿命长。

2)系统通过短消息通知火灾监管中心人员，不需要监管人员时时注意火灾情况，省时省人力。

附图说明

图1是本实用新型的系统模块示意图。

图2是本实用新型森林防火远程监测报警系统的电路原理图，也为本实用新型实施例的电路图。

图中各标记为：1、太阳能电池板，2、充电电池，3、主控模块，4、温度传感器，5、CO₂传感器，6、短信收发模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的森林防火远程监测报警系统作进一步说明，但实施例不是对本实用新型的限定。

实施例：

参见附图1、2：该远程防火监测报警系统包括电源、监测系统及短信收发报警模块。电源由太阳能电池板和充电电池组成，太阳能电池板采用由美国索林得拉公司研发而成的圆柱状CIGS太阳电池板，它将铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池装配成圆柱状组件可以借助360℃的光伏表面收集阳光，将直射的、漫射的和反射的光能转变成电能。由于太阳并不是每天都有的，有效地吸收日光是很重要的，所使用的圆柱状CIGS太阳电池板的独特外形可以吸收更多的日光，因而可产生更多的电能，即使在连续阴天的情况下也可以保证电能的供应；将太阳能电池板均匀地安装在森林中监测点的树顶上便于收集太阳能，并通过电线与充电电池连接，将收集到的能量给充电电池充电。单片机、温度传感器及CO₂传感器集成为监测系统用于对周围环境进行监测；单片机采用美国德州仪器公司的16位单片机MSP430F149，它具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，其工作电压为1.8V～3.6V，中断源较多并可任意嵌套，系统处于省电状态，用中断请求唤醒只需6us，可以很好的满足本系统低功耗的要求，CPU运行正交的精简指令集，片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算，2个串行通信接口可以满足系统数字信号采集和传输的要求，FLASH存储器多达60KB，擦写次数可达10万次。温度传感器采用美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器18B20，它是世界上第一片支持″一线总线″接口的温度传感器，在其内部将全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，电压在3.0～5.5V范围内，在寄生电源方式下可由数据线供电，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与18B20的双向通讯，测量结果直接输出数字温度信号，具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果，其温度测量范围是-55°-125°，可满足森林火灾发生时森林中需测的温度。由于森林燃烧所产生烟雾的成分主要是CO₂和水蒸气，这两种物质占所有烟雾的90％～95％，因此选用CO₂传感器对火灾进行检测；本系统的CO₂传感器采用FIGARO公司的型号为TGS4160的CO₂传感器，该CO₂传感器具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性，同时具有耐高湿、耐低温等特点，是一种内含热敏电阻的混合式二氧化碳敏感元件，内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，使校正后的测量值更准确，并且该CO₂传感器内部带有A/D转换器，能直接采集到数字信号。由于所选用的单片机MSP430F149、温度传感器18B20及CO₂传感器TGS4160都具有低功耗的特点，因此可将单片机、温度传感器、CO₂传感器及短信收发模块的输入端与充电电池相连，就可以通过充电电池来给这四个器件供电。集成的监测系统可均匀地绑在森林中树木的树干上，使用电线将树顶上的太阳能电池板与监测系统中的充电电池相连，充电电池输出端连接到单片机的输入端、温度传感器18B20的引脚1、CO₂传感器TGS4160的引脚1及短信收发模块的输入端，用以对其供电。温度传感器18B20的引脚2与CO₂传感器TGS4160的引脚2接至单片机另一输入端口。温度传感器、CO₂传感器对现场环境进行监测并且采集当前所处位置的数据信息，单片机对所采集到的数据信息进行处理，根据内存的火灾历史数据判断是否发送火灾报警信息并控制短信收发模块发送信息，该系统考虑到自然因素如高温或大雾对系统判别的影响，因此可根据历史火灾灾情发生时的温度范围来控制系统发出正确的灾情预报；大雾是由大量的悬浮在近地层的微小水滴或者冰晶组成的气溶胶系统，而森林燃烧所产生烟雾的成分主要是CO₂和水蒸气，这两种物质占所有烟雾的90％～95％，因此选用CO₂传感器对火灾进行检测可避免大雾天气传感器的误判，从而提高了系统判别的准确性。承担报警任务的短信收发模块使用西门子公司的TC35i无线收发模块，单片机输出端与短信收发模块的输入端相连，当发现异常时，单片机控制短信收发模块通过GSM网络将消息传送到监管人员的手机或其它终端系统，从而保证森林火灾能及时得到控制。