煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤矿安全监测领域，其特征是一种煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点。
【背景技术】
[0002]在煤矿开采中，煤层中往往会涌出矿井瓦斯，矿井瓦斯是多种可燃、可爆气体的总称，其主要成分是甲烷，甲烷是引发煤矿爆炸的主要原因。瓦斯爆炸不仅造成大量的人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产，往往还弓I起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷坍塌和顶板冒落等二次灾害。因此，实时准确地检测甲烷的存在及其含量成为避免事故的关键。目前，煤矿井下瓦斯检测一般方法是，由瓦斯传感器产生的低电压信号，通过放大电路，再经信号调理电路、A/D转换器、单片机运算处理，驱动数码管显示甲烷浓度，同时经D/A转换，所检测的甲烷浓度值转换成相应的电流量和频率量信号，通过电缆传输给关联设备。
[0003]考虑的煤矿井下安装瓦斯传感器存在人不能到达的盲点区域和铺设有线电缆的局限性、高成本，本实用新型采用基于无线传感器网络架构的瓦斯传感器节点，自由按放节点于巷道、工作面区域、盲点区域，获取相应的瓦斯浓度检测信息，通过无线方式发送给网关节点，再通过有线方式发送到井上检测端，且同时能够保证井下移动的工作人员通过无线方式实时获取矿井中各点的瓦斯浓度，起到有效的煤矿安全监测目的。
【发明内容】
[0004]为了克服煤矿井下传统有线电缆瓦斯浓度检测方法的局限性和高成本，本实用新型提出一种煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，主要技术涉及瓦斯浓度的检测和信号的无线发送问题。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，包括电源模块、瓦斯浓度检测模块、主控模块、无线传输模块，电源模块分别与瓦斯浓度检测模块和主控模块连接，瓦斯浓度检测模块与主控模块相连接，主控模块与无线传输模块相连接，所有模块集中在一块电路板上。
[0007]所述的电源模块包括5V锂电池，2.5V电压转换芯片AMS1117-2.5,3.3V电压转换芯>tAMS1117-3.3o
[0008]所述的瓦斯传感器模块采用催化燃烧式传感器MC114。
[0009 ]所述的主控模块采用TI公司的微处理器CC2530。
[0010]所述的无线传输模块采用滤波网络接SMA天线或PCB板载天线。
[0011 ]本实用新型的有益效果是:
[0012]与传统的有线方式相比，节点能够布置到人不能到达的盲点区域，正常采集和有效传输瓦斯浓度信号，且减少布线成本。
【附图说明】
[0013]图1为煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点原理框图
[0014]图2电源模块电路原理图
[0015]图3瓦斯浓度检测模块电路原理图
[0016]图4主控模块电路原理图
[0017]图5无线传输模块电路原理图
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型做详细的说明:
[0019]如图1所示，煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点包括4个主要部分:电源模块、瓦斯浓度检测模块和主控模块、无线传输模块。
[0020 ] 如图2所示，所述的电源模块，采用5 V锂电池供电，通过AMS1117-2.5芯片把5V转换成2.5V，给瓦斯浓度检测模块供电，通过AMS1117-3.3芯片把5V电压转换成3.3V，给主控模块供电。
[0021]如图3所示，所述的瓦斯浓度检测模块，采用催化燃烧式传感器MC114，2.5V供电下，由检测元件和补偿元件配对组成电桥两个臂，遇瓦斯时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随瓦斯浓度增大而正比例增大，由于该电压信号的值比较小，只有mV级大小，所以要经仪表放大器AD620进行放大，然后再送到主控模块的CC2530微处理器的P0_0模拟通道进行A/D转换。
[0022]如图4所示，所述的主控模块，采用TI公司生产的CC2530作为处理器芯片，经济且低功耗，集成了高效射频单元和增强型8051核微控制器、8KB的RAM和A/D采样转换单元和丰富的外设，3.3V供电下，通过P0_0管脚完成对瓦斯浓度检测模块信息的采集及通过RF_r^PRF_P管脚输出到无线传输模块进行发射，且通过P2_0管脚接一个蜂鸣器，用于瓦斯浓度超限报警。
[0023]如图5所示，所述的无线传输模块，CC2530芯片的RF_r#PRF_P管脚射频输出信号为差分信号，采用天线为单极性天线，因此需要通过滤波器网络将非平衡传输线转换为平衡负载，通过R8和R9分别与SMA天线座以及PCB天线相连，节点采用双天线，当需要远距离传输时，接入R8，断开R9，并将高增益天线接入SMA天线座，当仅需要近距离传输时，接入R9，断开R8，接入PCB天线，相比较于使用高增益天线，可进一步降低能耗，增加节点的寿命。
【主权项】
1.一种煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，包括电源模块、主控模块、瓦斯浓度检测模块、无线传输模块，其特征是电源模块分别与瓦斯浓度检测模块和主控模块连接，瓦斯浓度检测模块与主控模块相连接，主控模块与无线传输模块相连接，所有模块集中在一块电路板上。2.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，其特征在于，所述的电源模块包括5￥锂电池，2.5￥电压转换芯片41^1117-2.5，3.3￥电压转换芯片41^1117-3.3。3.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，其特征在于，所述的瓦斯传感器模块采用催化燃烧式传感器MC114。4.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，其特征在于，所述的主控模块采用TI公司的微处理器CC2530。5.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，其特征在于，所述的无线传输模块采用滤波网络接SMA天线或PCB板载天线。
【专利摘要】一种煤矿井下无线传感器网络瓦斯浓度检测节点，包括电源模块、瓦斯浓度检测模块、主控模块、无线传输模块，电源模块分别与瓦斯浓度检测模块和主控模块连接，瓦斯浓度检测模块与主控模块相连接，主控模块与无线传输模块相连接，所有模块集中在一块电路板上。本实用新型的有益效果是与传统的有线方式相比，节点能够布置到人不能到达的盲点区域，正常采集和有效传输瓦斯浓度信号，且减少布线成本。
【IPC分类】E21F17/18
【公开号】CN205101039
【申请号】CN201520882175
【发明人】王政, 陈珍萍, 孙苗苗
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月3日