专利名称：一种引入gps信号的煤火区环境综合检测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种对煤火区环境的综合检测，具体涉及一种引入GPS信号的煤火区环境综合检测装置及其方法。
背景技术：
在煤炭富集区域，暴露在地表的煤层往往会与氧气接触发生氧化反应释放热量，当热量聚集到一定程度时将发生煤火自燃现象。我国北方的大部分产煤区由于气候干旱、降水量少，而且煤层厚、缝隙宽，煤层之间易于供氧和通风，极易发生煤火自燃现象。这不仅造成了大量煤炭资源的损失，而且煤层燃烧时将释放 CO3、SO2和CO等大量的有害气体，造成严重的空气污染、生态破环和环境恶化，并加剧全
球温室效应。面对愈演愈烈的煤火自燃现象，需要及时对煤火区附近的有害气体浓度和空气温度进行检测，并全面评估其空气污染状况，从而为煤火区的环境治理及其紧迫性提供决策依据。目前虽然已有用于气体浓度和空气温度检测的传感器装置，但大多数只能实现单一的检测功能，用于煤火区内多种有害气体浓度和空气温度的综合检测装置基本处于空白状态，难以方便快速地实现煤火区内多种环境参数的同时获取与检测。另外使用已有的传感器装置只能获取煤火区内某点的有害气体浓度和空气温度，而煤火区空气污染程度的地理分布并不均勻，显然难以全面评估整个煤火区的空气污染状况。如果在获取煤火区内某点有害气体浓度和空气温度的同时对该点进行GPS定位，获取该点的定位数据，最后通过获取足够多点的数据，便能绘制整个煤火区内多种有害气体浓度和空气温度等环境参数的地理分布图，将会更加全面、形象地体现该区域的空气污染状况及其分布差异，对煤火区环境治理具有重要的指导意义。但根据已有技术，要同时获得检测点的定位数据，必须额外配备GPS接收机，很不方便。
发明内容
本发明的目的是要提供一种引入GPS信号的煤火区环境综合检测装置及其方法， 实现能同时测定煤火区内CO2、SO2和CO三种有害气体浓度以及空气温度等环境参数。本发明的目的是这样实现的该检测装置包括传感器模块、GPS定位模块及其GPS 天线、GPRS通讯模块及其GPRS天线、数据存储器、单片机、电源模块和PDA无线手簿；其中， 所述传感器模块包括C^2浓度传感器及其信号放大电路、SO2浓度传感器及其信号放大电
路、浓度传感器及其信号放大电路和空气温度传感器及其信号放大电路；所述电源模块包括电池组和电源转换电路；所述PDA无线手簿包括PDA天线、PDA无线控制模块和LCD 液晶显示屏。( 1)所述传感器模块中，CO2浓度传感器、SO2浓度传感器、CO浓度传感器和空气温度传感器的输出端分别与其信号放大电路的输入端连接，各信号放大电路的输出端均与所述单片机的A/D转换接口连接；
(2)所述GPS天线与GPS定位模块连接，所述GPRS天线与GPRS通讯模块连接，GPS定位模块、GPRS通讯模块和所述数据存储器均与所述单片机的数据传输接口连接；
(3)所述电源模块中，电池组与电源转换电路连接，电源转换电路分别与GPS定位模块、数据存储器、GPRS通讯模块、单片机和传感器模块的各信号放大电路连接；
(4)所述PDA无线手簿中，PDA天线与PDA无线控制模块连接，PDA无线控制模块与LCD 液晶显示屏连接，并通过PDA天线和GPRS天线与GPRS通讯模块建立基于GPRS的无线通讯网络。所述煤火区环境综合检测装置的检测方法为
(1)打开电源开关，单片机上电，装置自动对各部件的变量进行初始化设置，PDA无线手簿提示输入检测点名或点号，输入后GPS指示灯开始闪烁，指示灯熄灭后，表示接收到有效 GPS信号，GPS定位模块通过伪距测量定位成功，然后通过单片机的数据传输接口读取GPS 定位模块获取的该点定位数据，并将其经纬度坐标转换为WGS-84平面直角坐标；
(2)分别使用CO2浓度传感器、SO2浓度传感器、CO浓度传感器和空气温度传感器检测该点的CO2、SO2和C。三种气体的浓度和空气温度，传感器输出的电流信号与其周围的气体含量或空气温度成正比，然后通过信号放大电路对其进行放大，转换为标准范围内的电流信号，最后通过单片机的A/D转换接口对这些标准电流信号进行采集，经过运算后转换为与所测气体浓度或空气温度向对应的值，即将模拟信号转换为数字信号；
(3)将检测到的该点CO2、、CO三种气体的浓度、空气温度和WGS-84平面直角坐
标等数据进行编码，然后通过GPRS通讯模块将编码后的数据发送给PDA无线手簿并在其 IXD液晶显示屏上显示；
(4)PDA无线手簿接收并显示该点的所有相关数据后，提示操作者检查并确认是否保存这些数据，若检查无误则通过单片机的数据传输接口将编码后的数据存储到数据存储器中，否则删除这些数据并从接收GPS信号开始重新进行该点数据的检测，直到检查无误并确认保存该点的所有相关数据；
(5)当该点检测完毕后，PDA无线手簿提示是否进行下一点的检测，若还需要检测则移动至新的点位，从输入新的点名或点号开始进行下一点的检测，否则结束检测，退出程序。所述煤火区环境综合检测装置的优点和效果是
(1)实现了多种气体浓度传感器、空气温度传感器和GPS定位模块的综合集成，能够快速实现煤火区内多种环境参数和定位数据的同时获取，并能在获取足够多点的数据后，绘制整个煤火区内多种有害气体浓度和空气温度等环境参数的地理分布图，及时全面地评估煤火区附近的空气污染状况，为其环境治理及其紧迫性提供决策依据。(2)在检测结束后既可以通过PDA无线手簿查看数据存储器中所有检测点的相关数据，在数据量较小时通过手工绘制煤火区内各环境参数的地理分布图，也可以通过数据存储器上的数据传输接口将所有检测点的相关数据传输到计算机上进行查看，在数据量较大时通过计算机软件绘制煤火区内各环境参数的地理分布图，实现了后续数据处理方式的多样性。(3)在检测过程中通过PDA无线手簿进行人机交互和无线控制，能对实时检测到的各种相关数据进行同步判断和处理，实现了智能化操作。(4)采用微型便携式设计，方便操作人员携带和快速检测，提高了煤火区的环境检测效率。
图1为本发明所述煤火区环境综合检测装置的总体结构框图。图2为本发明所述煤火区环境综合检测装置的工作流程图。附图中本领域通用的英文缩写解释如下
(1)GPS =Global Positioning System，全球定位系统；
(2)GPRS =General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术；
(3)PDA Personal Digital Assistant，个人数字助理设备，即掌上电脑;
(4)LCD =Liquid Crystal Display，液晶显示器；
(5)WGS-84=World Geodetic System 1984，1984 年世界大地坐标系；
(6)A/DAnalog/Digital，模拟 / 数字。
具体实施例方式下面通过实施例来详细说明本发明的具体实施方式
。实施例1 引入GPS信号的煤火区环境综合检测装置包括传感器模块、GPS定位模块及其GPS天线、GPRS通讯模块及其GPRS天线、数据存储器、单片机、电源模块和PDA无线手簿。其中，所述传感器模块包括CO2浓度传感器及其信号放大电路、SO2浓度传感器及其信号放大电路、CO浓度传感器及其信号放大电路和空气温度传感器及其信号放大电路。所述电源模块包括电池组和电源转换电路。所述PDA无线手簿包括PDA天线、PDA无线控制模块和IXD液晶显示屏。( 1)所述传感器模块中，CO1浓度传感器、SO2浓度传感器、CO浓度传感器和空气
温度传感器的输出端分别与其信号放大电路的输入端连接，各信号放大电路的输出端均与所述单片机的A/D转换接口连接。(2)所述GPS天线与GPS定位模块连接，所述GPRS天线与GPRS通讯模块连接，GPS 定位模块、GPRS通讯模块和所述数据存储器均与所述单片机的数据传输接口连接。(3)所述电源模块中，电池组与电源转换电路连接，电源转换电路分别与GPS定位模块、数据存储器、GPRS通讯模块、单片机和传感器模块的各信号放大电路连接。(4)所述PDA无线手簿中，PDA天线与PDA无线控制模块连接，PDA无线控制模块与IXD液晶显示屏连接，并通过PDA天线和GPRS天线与GPRS通讯模块建立基于GPRS的无线通讯网络。所述煤火区环境综合检测装置各部件的功能分别为
(I)GPS定位模块及其GPS天线用来接收GPS信号，通过伪距测量实现对检测点的快速定位功能。( 2)传感器模块中的CO2浓度传感器、SO2浓度传感器和CO浓度传感器和空气温度传感器分别用来实现对CO2、SO2和09三种有害气体浓度以及空气温度的检测功能，其CN 102506940 A说明书4/5 页
各放大电路分别用来对各传感器的输出信号进行放大处理。(3)单片机是本发明的核心器件，在它的控制下，完成所需定位数据和各种环境参数数据的采集、传输、处理和编码等功能，需要编写程序来实现。( 4 )数据存储器用来存储单片机编码后的数据，并具有数据传输接口，用于检测结束后向计算机传输数据，计算机用来执行后续数据处理与应用。(5)GPRS通讯模块及其GPRS天线用来接收PDA操作指令，并根据指令执行相应操作，同时向PDA无线手簿发送单片机中的相关数据。(6)PDA无线控制模块及其PDA天线用来发送PDA操作指令，并能接收、读取、编辑和删除来自单片机中的相关数据，实现PDA手簿对该装置的无线控制。(7)IXD液晶显示屏用来显示单片机处理后并传输到PDA控制模块中的相关数据， 并提供用以发送PDA操作指令的人机交互界面，同时在检测结束后可以查看数据存储器中所有检测点的相关数据。(8)电源模块用来向GPS定位模块、数据存储器、GPRS通讯模块、单片机和传感器模块的各信号放大电路供电，其中电池组提供稳压电源，电源转换电路将其转换为所述部件各自所需的供电电源。检测方法的具体实施方式
如下
(1)打开电源开关，单片机上电，装置自动对各部件的变量进行初始化设置，PDA无线手簿提示输入检测点名或点号，输入后GPS指示灯开始闪烁，指示灯熄灭后，表示接收到有效 GPS信号，GPS定位模块通过伪距测量定位成功，然后通过单片机的数据传输接口读取GPS 定位模块获取的该点定位数据，并将其经纬度坐标转换为WGS-84平面直角坐标；
(2)分别使用CO2浓度传感器、SO2浓度传感器、CO浓度传感器和空气温度传感器检测该点的CO2、SO2和CO三种气体的浓度和空气温度，传感器输出的电流信号与其周围的气体含量或空气温度成正比，然后通过信号放大电路对其进行放大，转换为标准范围内的电流信号，最后通过单片机的A/D转换接口对这些标准电流信号进行采集，经过运算后转换为与所测气体浓度或空气温度向对应的值，即将模拟信号转换为数字信号；
(3)将检测到的该点CO2、SO2、C。三种气体的浓度、空气温度和WGS-84平面直角坐
标等数据进行编码，然后通过GPRS通讯模块将编码后的数据发送给PDA无线手簿并在其 IXD液晶显示屏上显示；
(4)PDA无线手簿接收并显示该点的所有相关数据后，提示操作者检查并确认是否保存这些数据，若检查无误则通过单片机的数据传输接口将编码后的数据存储到数据存储器中，否则删除这些数据并从接收GPS信号开始重新进行该点数据的检测，直到检查无误并确认保存该点的所有相关数据；
(5)当该点检测完毕后，PDA无线手簿提示是否进行下一点的检测，若还需要检测则移动至新的点位，从输入新的点名或点号开始进行下一点的检测，否则结束检测，退出程序。实现方法的过程为
(1)打开电源开关，单片机上电，准备开始。(2)计数n=0，单片机内各寄存器、GPS定位模块、数据存储器等各变量初始化。(3)计数n=n+l，在PDA无线手簿上输入检测点名或点号。
6
( 4 )等待GPS定位模块定位。(5)判断GPS信号是否有效，若信号有效则转(6)，否则转(4)。(6)读取GPS定位数据，并将其经纬度坐标转换为WGS-84平面直角坐标。(7)检测并读取CO2、 2和CO三种气体的浓度值。(8)检测并读取空气温度值。(9)通过单片机对检测的数据进行A/D转换和信息编码。(10)在PDA无线手簿上显示第η点的所有相关数据。(11)提示操作者检查数据，并确认是否保存，若检查无误则转(12 )，否则转(4)。(12)在数据存储器中存储第η点的所有相关数据。(13)提示是否进行下一点检测，若还需要检测则转(3)，否则转(14)。( 14)关闭电源开关，结束检测。使用该环境综合检测装置对煤火区内足够多点的多种有害气体浓度和空气温度等环境参数以及定位数据进行采集后，便可以通过PDA无线手簿查看数据存储器中所有检测点的相关数据，或者通过数据存储器上的数据传输接口将所有检测点的相关数据传输到计算机上进行查看。然后通过手工或者计算机软件绘制整个煤火区内多种有害气体浓度和空气温度等环境参数的地理分布图，及时全面地评估煤火区附近的空气污染状况，为其环境治理及其紧迫性提供决策依据。
权利要求
1.一种引入GPS信号的煤火区环境综合检测装置，其特征是该检测装置包括传感器模块、GPS定位模块及其GPS天线、GPRS通讯模块及其GPRS天线、数据存储器、单片机、电源模块和PDA无线手簿；其中，所述传感器模块包括CO2浓度传感器及其信号放大电路、SO2浓度传感器及其信号放大电路、CO浓度传感器及其信号放大电路和空气温度传感器及其信号放大电路；所述电源模块包括电池组和电源转换电路；所述PDA无线手簿包括PDA天线、PDA无线控制模块和IXD液晶显示屏；(1)所述传感器模块中，CO2浓度传感器、SO2浓度传感器、m浓度传感器和空气温度传感器的输出端分别与其信号放大电路的输入端连接，各信号放大电路的输出端均与所述单片机的A/D转换接口连接；(2)所述GPS天线与GPS定位模块连接，所述GPRS天线与GPRS通讯模块连接，GPS定位模块、GPRS通讯模块和所述数据存储器均与所述单片机的数据传输接口连接；(3)所述电源模块中，电池组与电源转换电路连接，电源转换电路分别与GPS定位模块、数据存储器、GPRS通讯模块、单片机和传感器模块的各信号放大电路连接；(4)所述PDA无线手簿中，PDA天线与PDA无线控制模块连接，PDA无线控制模块与LCD 液晶显示屏连接，并通过PDA天线和GPRS天线与GPRS通讯模块建立基于GPRS的无线通讯网络。
2.一种引入GPS信号的煤火区环境综合检测方法，其特征是所述煤火区环境综合检测装置的检测方法为(1)打开电源开关，单片机上电，装置自动对各部件的变量进行初始化设置，PDA无线手簿提示输入检测点名或点号，输入后GPS指示灯开始闪烁，指示灯熄灭后，表示接收到有效 GPS信号，GPS定位模块通过伪距测量定位成功，然后通过单片机的数据传输接口读取GPS 定位模块获取的该点定位数据，并将其经纬度坐标转换为WGS-84平面直角坐标；(2)分别使用CO2浓度传感器、SO2浓度传感器、CO浓度传感器和空气温度传感器检测该点的CO2、SO2和CO三种气体的浓度和空气温度，传感器输出的电流信号与其周围的气体含量或空气温度成正比，然后通过信号放大电路对其进行放大，转换为标准范围内的电流信号，最后通过单片机的A/D转换接口对这些标准电流信号进行采集，经过运算后转换为与所测气体浓度或空气温度向对应的值，即将模拟信号转换为数字信号；(3)将检测到的该点CO2、SO2、CO三种气体的浓度、空气温度和WGS-84平面直角坐标等数据进行编码，然后通过GPRS通讯模块将编码后的数据发送给PDA无线手簿并在其 IXD液晶显示屏上显示；(4)PDA无线手簿接收并显示该点的所有相关数据后，提示操作者检查并确认是否保存这些数据，若检查无误则通过单片机的数据传输接口将编码后的数据存储到数据存储器中，否则删除这些数据并从接收GPS信号开始重新进行该点数据的检测，直到检查无误并确认保存该点的所有相关数据；(5)当该点检测完毕后，PDA无线手簿提示是否进行下一点的检测，若还需要检测则移动至新的点位，从输入新的点名或点号开始进行下一点的检测，否则结束检测，退出程序。
全文摘要
一种引入GPS信号的煤火区环境综合检测装置及其方法，属于对煤火区环境的综合检测。该检测装置包括传感器模块、GPS定位模块及其GPS天线、GPRS通讯模块及其GPRS天线、数据存储器、单片机、电源模块和PDA无线手簿；其中，所述传感器模块包括CO2浓度传感器及其信号放大电路、SO2浓度传感器及其信号放大电路、CO浓度传感器及其信号放大电路和空气温度传感器及其信号放大电路；所述电源模块包括电池组和电源转换电路；所述PDA无线手簿包括PDA天线、PDA无线控制模块和LCD液晶显示屏。能够快速获取煤火区内多种环境参数和定位数据，获取数据后，绘制煤火区内多种有害气体浓度和空气温度环境参数的地理分布图，及时全面地评估煤火区附近的空气污染状况，为环境治理提供决策依据。
文档编号G01D21/02GK102506940SQ20111036413
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者王坚, 谢宇, 高井祥 申请人:中国矿业大学