煤矿井下无线传感器网络气候条件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气候条件检测节点。
【背景技术】
[0002]矿井气候条件由空气的温度、湿度和流速三个参数的综合作用产生。这三个参数也称为矿井气候条件的三要素。矿井气候条件影响井下人体热平衡，新陈代谢是人类生命活动的基本过程之一，产生的热量主要是通过人体皮肤表面与外界的对流、辐射和汗蒸发这三种基本形式进行的。对流散热取决于周围空气的温度和流速，辐射散热主要取决于环境温度，蒸发散热取决于周围空气的相对湿度和流速。人体热平衡关系为人体在新陈代谢中产生热量(取决于人体活动量)减去人体用于做功而消耗的热量等于人体排除的多余热量，多余的热量分为人体对流散热量、人体与周围物体表面的辐射散热量、汗液蒸发或呼出水蒸气所带出的热量及人体由热量转化而没有排出体外的能量(人体热平衡时为0)。当外界环境影响人体热平衡时，人体温度升高，人体由热量转化而没有排出体外的能量大于0，反之，小于0。现有衡量矿井气候条件的指标有干球温度、湿球温度、等效温度、有效温度、卡他度，他们都是建立在空气温度、湿度、风速的基础上。
[0003]现有的矿井直接风速测量仪体积较大，且都是有线方式，无法整合到单个无线传感器网络节点上，鉴于气压正比与风速，采用气压传感器的值表征风速的大小。考虑到煤矿井下安装气候条件检测装置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集温湿度传感器、气压传感器的气候条件检测节点，自由按放节点于巷道、工作面区域、盲点区域，获取相应的气候条件检测信号，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监控端，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气候条件，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气候条件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气候条件检测节点，主要技术涉及温湿度、气压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气候条件检测节点，包括电源模块、温湿度检测模块、气压检测模块、主控模块、无线传输模块，电源模块分别与温湿度检测模块、气压检测模块和主控模块连接，温湿度检测模块、气压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，3.3V电压转换芯片AMS1117-3.3。
[0008]所述的温湿度检测模块采用数字温湿度传感器DHT11。
[0009]所述的气压检测模块采用数字气压传感器BMP180。
[0010]所述的主控模块采用TI公司的微处理器CC2530。
[0011]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。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]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温湿度、气压信号，且减少布线成本。
【附图说明】
[0014]图1为煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点原理框图
[0015]图2为电源模块电路原理图
[0016]图3为温湿度检测模块电路原理图
[0017]图4为气压检测模块电路原理图
[0018]图5为主控模块电路原理图
[0019]图6为无线传输模块电路原理图
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型做详细的说明:
[0021]如图1所示，煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点包括5个主要部分:电源模块、温湿度检测模块、气压检测模块、主控模块和无线传输模块。
[0022 ] 如图2所示，所述的电源模块，采用5 V锂电池供电，通过AMS1117-3.3芯片把5V电压转换成3.3V，给温湿度检测模块、气压检测模块和主控模块供电。
[0023]如图3所示，所述的温湿度检测模块，采用数字温湿度传感器DHT11，3.3V供电下，由内部NTC测温元件和电阻式感湿元件获取环境温湿度信息并转换成数字信号，DATA接口经5.1k上拉电阻后与CC2530微处理器的I/O端口P0_0连接，通过单总线方式交互信号，输出的温湿度数字信号数据定义为8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数部分+8b it温度小数部分+8b it校验位。
[0024]如图4所示，所述的气压检测模块，采用数字气压传感器BMP180，3.3V供电下，由内部压敏传感器获取环境气压信息并转化成数字信号，SDA数据接口、SCL时钟接口经4.7k上拉电阻后与CC2530微处理器的I/O端口 P1_6(SDK)、P1_5(M0SI)连接，通过I2CBUS协议方式交互信号，气压数据为16-19位。
[0025]如图5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管脚完成对温湿度检测模块信号、Pl_5和Pl_6管脚完成对气压检测模块信号的采集及通过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，用于温湿度、气压超限报警。
[0026]如图6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R5和R6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R5，断开R6，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R6，断开 R5，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气候条件检测节点，包括电源模块、主控模块、温湿度检测模块、气压检测模块、无线传输模块，其特征是电源模块分别与温湿度检测模块、气压检测模块和主控模块连接，温湿度检测模块、气压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气候条件检测节点，其特征在于，所述的电源模块包括5V锂电池，3.3V电压转换芯片AMS1117-3.3。3.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点，其特征在于，所述的温湿度检测模块采用数字温湿度传感器DHT11。4.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点，其特征在于，所述的气压检测模块采用数字气压传感器BMP180。5.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点，其特征在于，所述的主控模块采用TI公司的微处理器CC2530。6.根据权利要求1所述的煤矿井下无线传感器网络气候条件检测节点，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气候条件检测节点，包括电源模块、温湿度检测模块、气压检测模块、主控模块、无线传输模块，电源模块分别与温湿度检测模块、气压检测模块和主控模块连接，温湿度检测模块、气压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温湿度、气压信号，且减少布线成本。
【IPC分类】G08C17/02, G01D21/02
【公开号】CN205091007
【申请号】CN201520915227
【发明人】王政, 陈珍萍, 孙苗苗, 刘曙琴, 李雪梅
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月16日