一种基于saw气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，包括控制器、与控制器输入端相接的压控振荡器、与压控振荡器的输出端相接的SAW气体传感器以及与控制器以串口方式连接的Zigbee无线模块，压控振荡器的输入端接有环路滤波器，压控振荡器的输出端接有鉴相器，鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相接，SAW气体传感器的输出端与鉴相器的输入端相接，控制器的输出端接有电源模块、LCD显示电路和蜂鸣器电路，电源模块给蜂鸣器电路、LCD显示电路和Zigbee无线模块供电，Zigbee无线模块与上位机无线连接。本实用新型实现了煤矿井下甲烷浓度无线检测和报警，有利于煤矿井下大规模高密度布置甲烷报警器。
【专利说明】
一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器
技术领域
[0001]本实用新型设计一种煤矿报警器，具体涉及一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主要能源，占我国一次性能源生产和消费结构的80%左右。煤矿中空气甲烷含量在5%_16%时，遇火就会引起爆炸，因此如何有效控制甲烷事故的发生是解决煤矿安全问题的关键。随着科学技术的不断进步和国家对安全采煤的高度重视，煤矿设备的种类越来越多。
[0003]现阶段煤矿井下甲烷浓度检测主要有派专职人员巡检和建立有线甲烷检测系统两种方式。派专人巡检是由专业的安全人员携带设备进入井下进行检测，对于不同甲烷浓度的矿井，检查次数也有所不同。这种方式危险系数高，效率低。建立有线甲烷检测系统则是将甲烷传感器、电子技术、通信技术以及计算机网络技术结合起来，将传感器检测到的数据通过网线实时地传输到监控计算机。该方法存在布线繁琐、工作量大、整个系统对线路的依赖性大、后期维护费用高的缺点。因此需要一种新的甲烷报警器，实现对煤矿井下甲烷浓度无线检测和报警，有利于大规模高密度布置甲烷报警器，且精度高，体积小，安全可靠。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器。该甲烷无线报警器可实现对煤矿井下甲烷浓度无线检测和报警，有利于煤矿井下大规模高密度布置甲烷报警器，且精度高，体积小，安全可靠。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:包括控制器、与控制器输入端相接的压控振荡器和与压控振荡器的输出端相接且用于检测煤矿井下甲烷浓度的SAW气体传感器，以及与控制器以串口方式连接的Zigbee无线模块，所述压控振荡器的输入端接有环路滤波器，所述压控振荡器的输出端接有鉴相器，所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相接，所述SAW气体传感器的输出端与鉴相器的输入端相接，所述控制器的输出端接有用于显示甲烷浓度的LCD显示电路和用于报警的蜂鸣器电路，所述控制器的输入端接有电源模块，所述电源模块给蜂鸣器电路、IXD显示电路和Zigbee无线模块供电，所述Zigbee无线模块接有上位机。
[0006]上述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述Zigbee无线模块包括芯片CC2530。
[0007]上述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述压控振荡器包括芯片P0S-100，所述芯片P0S-100的V-TUNE引脚与环路滤波器相接，芯片P0S-100的RF OUT引脚分两路，一路与SAW气体传感器的输入端相接，另一路与控制器相接。
[0008]上述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述环路滤波器包括芯片LFCN-123，所述芯片LFCN-123的RF OUT引脚与芯片P0S-100的V-TUNE引脚相接，芯片LFCN-123的RF IN引脚与鉴相器的输出端相接。
[0009]上述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述鉴相器包括三极管VT1、二极管Dl和二极管D2，所述三极管VTl的基极分两路，一路经电容Cl与SAW气体传感器的输出端相接，另一路经电阻Rl与5V电源端相接;所述三极管VTl的集电极分两路，一路经电阻R2与5V电源端相接，另一路与电容C2的一端相接;三极管VTl的发射极分两路，一路经电阻R3接地，另一路与电容C3的一端相接;所述电容C2的另一端分两路，一路与二极管Dl的阴极相接，另一路与电阻R4的一端相接;所述电容C3的另一端分两路，一路与二极管D2的阳极相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述二极管DI的阳极与二极管D2的阴极的连接端经电阻R6与芯片P0S-100的RF OUT引脚相接，所述电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相接，所述电阻R4与电阻R5的连接端与电阻R7的一端相接，电阻R7的另一端与芯片LFCN-123的RF IN引脚相接。
[0010]上述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述控制器包括开发板DE2。
[0011 ]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型的结构简单，设计合理，实现及使用操作方便。
[0013]2、本实用新型采用SAW气体传感器，该传感器对检测气体有较高的精度，满足气体检测的需要，且体积小，易于集成。
[0014]3、本实用新型成本低，使用效果好，易于维护，便于推广使用。
[0015]4、本实用新型实现了对煤矿井下甲烷浓度无线检测和报警，有利于大规模高密度布置甲烷报警器，实用性强。
[0016]综上所述，本实用新型使用操作方便，实用性强，实现了对煤矿井下甲烷浓度无线检测和报警，有利于煤矿井下大规模高密度布置甲烷报警器，使用效果好，便于推广使用。
[0017]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0019]图2为本实用新型控制器与Zigbee无线模块的电路连接关系示意图。
[0020]图3为本实用新型鉴相器的电路原理图。
[0021]图4为本实用新型环路滤波器和压控振荡器的电路连接关系示意图。
[0022]附图标记说明:
[0023]I 一 SAW气体传感器 2—鉴相器；3—环路滤波器；
[0024]4一压控振荡器； 5—控制器；6—Zigbee无线模块；
[0025]7—IXD显示电路； 8—蜂鸣器电路； 9 一电源模块；
[0026]10 一上位机。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本实用新型包括控制器5、与控制器5输入端相接的压控振荡器4和与压控振荡器4的输出端相接且用于检测煤矿井下甲烷浓度的SAW气体传感器I，以及与控制器5以串口方式连接的Zigbee无线模块6，所述压控振荡器4的输入端接有环路滤波器3，所述压控振荡器4的输出端接有鉴相器2，所述鉴相器2的输出端与环路滤波器3的输入端相接，所述SAW气体传感器I的输出端与鉴相器2的输入端相接，所述控制器5的输出端用于显示甲烷浓度的LCD显示电路7和用于报警的蜂鸣器电路8，所述控制器5的输入端接有电源模块9，所述电源模块给蜂鸣器电路8、LCD显示电路7和Zigbee无线模块6供电，所述Zigbee无线模块6接有上位机10。
[0028]如图2所示，本实施例中，所述Zigbee无线模块6包括芯片CC2530，所述控制器5包括开发板DE2，芯片CC2530的USB-M引脚与开发板DE2的SCLK引脚相接。
[0029]如图3所示，本实施例中，所述鉴相器2包括三极管VTl、二极管Dl和二极管D2，所述三极管VTl的基极分两路，一路经电容Cl与SAW气体传感器I的输出端相接，另一路经电阻Rl与5V电源端相接;所述三极管VTl的集电极分两路，一路经电阻R2与5V电源端相接，另一路与电容C2的一端相接;三极管VTl的发射极分两路，一路经电阻R3接地，另一路与电容C3的一端相接;所述电容C2的另一端分两路，一路与二极管Dl的阴极相接，另一路与电阻R4的一端相接;所述电容C3的另一端分两路，一路与二极管D2的阳极相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述二极管Dl的阳极与二极管D2的阴极的连接端经电阻R6与芯片P0S-100的RF OUT引脚相接，所述电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相接，所述电阻R4与电阻R5的连接端与电阻R7的一端相接，电阻R7的另一端与芯片LFCN-123的RF IN引脚相接。
[0030]如图4所示，本实施例中，所述压控振荡器4包括芯片P0S-100，所述环路滤波器3包括芯片LFCN-123，所述芯片P0S-100的V-TUNE引脚与芯片LFCN-123的RF OUT引脚相接，芯片P0S-100的RF OUT引脚与开发板DE2的SDAT弓丨脚相接。
[0031]具体实施时，由于SAW气体传感器I具有两个通道，一个频率随气体浓度变化而变化的敏感通道，另一个频率固定不变的参比通道，由于SAW气体传感器I敏感通道上有感应膜，可选择性吸附被测气体，当周围环境中存在甲烷时，SAW气体传感器I的传播速度将发生变化，利用鉴相器2，将SAW气体传感器I两端的相位差转化为电压信号，经过环路滤波器3提取出电压信号中的低频分量再输入压控振荡器4，进而调节压控振荡器4的输出频率值，于是输出频率发生变化，从而实现甲烷气体浓度的频率检测，压控振荡器4将频率信号输出给控制器5，控制器5通过信号频率的变化量得到甲烷浓度值，且显示在LCE显示电路7，并通过Zigbee无线模块6将甲烷浓度值无线传输到地面上位机10，当甲烷浓度值大于系统设定的报警阈值时，蜂鸣器电路8开始报警。
[0032]以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:包括控制器(5)、与控制器(5)输入端相接的压控振荡器(4)和与压控振荡器(4)的输出端相接且用于检测煤矿井下甲烷浓度的SAW气体传感器(I)，以及与控制器(5)以串口方式连接的Zigbee无线模块(6)，所述压控振荡器(4)的输入端接有环路滤波器(3)，所述压控振荡器(4)的输出端接有鉴相器(2)，所述鉴相器(2)的输出端与环路滤波器(3)的输入端相接，所述SAW气体传感器(I)的输出端与鉴相器(2)的输入端相接，所述控制器(5)的输出端接有用于显示甲烷浓度的LCD显示电路(7)和用于报警的蜂鸣器电路(8)，所述控制器(5)的输入端接有电源模块(9)，所述电源模块(9)给蜂鸣器电路(8)、LCD显示电路(7)和Zigbee无线模块(6)供电，所述Zigbee无线模块(6)接有上位机(10)。2.按照权利要求1所述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述Zigbee无线模块(6)包括芯片CC2530。3.按照权利要求1所述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述压控振荡器(4)包括芯片P0S-100，所述芯片P0S-100的V-TUNE引脚与环路滤波器(3)相接，芯片P0S-100的RF OUT引脚分两路，一路与SAW气体传感器(I)的输入端相接，另一路与控制器(5)相接。4.按照权利要求3所述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述环路滤波器(3)包括芯片LFCN-123，所述芯片LFCN-123的RF OUT引脚与芯片POS-100的V-TUNE引脚相接，芯片LFCN-123的RF IN引脚与鉴相器(2)的输出端相接。5.按照权利要求4所述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述鉴相器(2)包括三极管VT1、二极管Dl和二极管D2，所述三极管VTl的基极分两路，一路经电容Cl与SAW气体传感器(I)的输出端相接，另一路经电阻Rl与5V电源端相接;所述三极管VTl的集电极分两路，一路经电阻R2与5V电源端相接，另一路与电容C2的一端相接;三极管VTl的发射极分两路，一路经电阻R3接地，另一路与电容C3的一端相接;所述电容C2的另一端分两路，一路与二极管Dl的阴极相接，另一路与电阻R4的一端相接;所述电容C3的另一端分两路，一路与二极管D2的阳极相接，另一路与电阻R5的一端相接;所述二极管Dl的阳极与二极管D2的阴极的连接端经电阻R6与芯片P0S-100的RF OUT引脚相接，所述电阻R4的另一端与电阻R5的另一端相接，所述电阻R4与电阻R5的连接端与电阻R7的一端相接，电阻R7的另一端与芯片LFCN-123的RF IN引脚相接。6.按照权利要求1所述的一种基于SAW气体传感器的煤矿用甲烷无线报警器，其特征在于:所述控制器(5)包括开发板DE2。
【文档编号】E21F17/18GK205477754SQ201620211484
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】王顶, 张涛, 李敏
【申请人】张涛