CN112180040A - 一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其技术特点是：包括电源模块、传感器模块、NB‑IoT模块以及泵吸模块；电源模块的输出端与泵吸模块、三合一传感器模块、甲烷传感器模块相连接并为其供电，泵吸模块与传感器模块相连接，传感器模块包括三合一传感器模块和甲烷传感器模块；三合一传感器模块和甲烷传感器模块与NB‑IoT模块相连接，NB‑IoT模块通过NB‑IoT无线方式与后台设备设备相连接。本发明将硫化氢、氧气和一氧化碳的传感器集为一体，在加上甲烷传感器以及温湿度传感器，其结构紧凑、体积小，可以实时监测这四种常见气体的气体浓度及井下的温湿度，提高了检测效率，能够及时地判断井下是否存在安全隐患，同时也降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，涉及井下气体检测技术，尤其是一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端。
背景技术
煤矿井下现场的各种信息的采集对于安全生产十分重要，尤其是一氧化碳、氧气、硫化氢以及甲烷等气体的浓度对生产安全起着至关重要的作用。
在现有煤矿井下现场气体浓度检测技术中，通常不能同时检测甲烷、硫化氢、氧气、一氧化碳，需要分A、B不同的配置来分别检测氧气和一氧化碳以及甲烷和硫化氢，这就造成传感器总体积很大、检测成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构紧凑、快速准确且检测成本低廉的具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，包括电源模块、传感器模块、NB-IoT模块以及泵吸模块；电源模块的输出端与泵吸模块、三合一传感器模块、甲烷传感器模块相连接并为其供电，所述泵吸模块与传感器模块相连接，所述传感器模块包括三合一传感器模块和甲烷传感器模块；所述三合一传感器模块和甲烷传感器模块与NB-IoT模块相连接，所述NB-IoT模块通过NB-IoT无线方式与后台设备设备相连接。
而且，所述NB-IoT模块还连接有温湿度传感器模块，该温湿度传感器模块与电源模块相连接。
而且，所述NB-IoT模块与温湿度传感器模块通过I2C接口相连接。
而且，所述NB-IoT模块还连接有异动报警模块，该异动报警模块的输入端与电源模块相连接。
而且，所述异动报警模块由陀螺仪构成。
而且，所述NB-IoT模块控制端口与电源模块相连接用于控制电源模块为泵吸模块供电。
而且，所述甲烷传感器模块包括甲烷传感器主控单元及与其相连接的甲烷传感器，所述甲烷传感器主控单元与NB-IoT模块通过串口相连接。
而且，所述NB-IoT模块通过串口与三合一传感器模块主控单元相连接。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将硫化氢、氧气和一氧化碳的传感器集为一体，在加上甲烷传感器以及温湿度传感器，其结构紧凑、体积小，可以实时监测这四种常见气体的气体浓度及井下的温湿度，提高了检测效率，能够及时地判断井下是否存在安全隐患，同时也降低了成本。
2、本发明安装有泵吸模块，通过泵吸模块将气体吸入气仓后再对吸入的气体进行检测，改善了传统小范围检测的局限性，增加了气体检测的范围，使检测的结果更准确。
附图说明
图1为本发明的电路方框图；
图2为本发明的一氧化碳传感器U1电路图。
图3为本发明的氧气传感器U2电路图。
图4为本发明的硫化氢传感器U4电路图。
图5为本发明的三合一传感器模块的主控单元U201电路图。
图6为本发明的NB-IoT模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，包括电源模块、泵吸模块、传感器模块、NB-IoT模块以及异动报警模块。所述电源模块与泵吸模块、传感器模块、NB-IoT模块以及异动报警模块相连接，并在NB-IoT模块的控制下为整个终端提供工作电源，所述泵吸模块与传感器模块相连接并为传感器模块收集气体，NB-IoT模块还与传感器模块实现监测功能，NB-IoT模块与异动报警模块相连接实现终端非法开启的检测功能。
所述传感器模块包括三合一传感器模块、甲烷传感器模块以及温湿度传感器模块。所述三合一传感器模块、甲烷传感器模块主要完成各种煤矿井下气体数据的采集并将采集的数据进行处理以待发送。所述温湿度传感器模块用于采集、处理井下空气的温湿度。其工作原理为进行多次测量温度和湿度，最后从多次测量中加权平均得出较为精确的温度值及湿度值。
泵吸模块用于气体井下煤矿气体的收集工作，泵吸模块将气体通过泵吸吸入气仓，泵吸吸气至气仓是为了检测气体，为气体检测作准备。
NB-IoT模块主要是通过控制供电和发送各种指令管理终端各模块，是终端的核心部分，占着主导地位；并且通过NB-IoT无线通信方式与后台设备进行通信实现交互功能。
异动报警模块由陀螺仪构成，用于监测非法开启。
所述三合一传感器模块包括三合一传感器模块主控单元和采集处理单元，所述采集处理单元包括一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器，采集处理单元主要是采集、处理一氧化碳、氧气及硫化氢气体的检测值。
所述甲烷传感器模块包括甲烷传感器和甲烷传感器主控单元。甲烷传感器用于采集、处理甲烷气体的检测值。
如图1所示为各个模块的连接框架图。NB-IoT模块分别与三合一传感器模块主控单元以及甲烷传感器模块主控单元通过串口接口相连接，数据传输也通过该接口进行串口通信；NB-IoT模块与温湿度传感器模块通过I2C接口连接通信；NB-IoT模块还分别后台设备以及异动报警模块连接通信，NB-IoT模块的信号输出端与电源的信号输入端连接，NB-IoT模块给电源提供信号，控制电源供电；所述三合一传感器模块主控单元的信号输入端分别与一氧化碳传感器、氧气传感器以及硫化氢传感器的信号输出端相连接；甲烷传感器模块主控单元的信号输入端与甲烷传感器的信号输出端相连接；一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器分别与泵吸模块相连接。所述电源的输出端分别与泵吸模块、一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器、甲烷传感器、温湿度传感器模块以及异动报警模块的输入端相连接。
本发明的工作原理为：
NB-IoT模块以BC26为核心，传感器模块以三合一传感器模块和甲烷传感器模块为主。三合一传感器模块与甲烷传感器模块组成相似，核心主要是主控单元和采集处理单元，三合一传感器模块与甲烷传感器模块的工作过程也类似：在NB-IoT模块控制供电后采集处理单元负责气体检测数据的采集，并将采集数据处理成最终的气体检测值传输至主控单元，主控单元接收到来自NB-IoT模块的收集指令后，将各种气体的检测值传送给NB-IoT模块。
以三合一传感器模块为例：NB-IoT模块需要采集三合一传感器模块数据时正常唤醒，通过控制电源给三合一传感器模块和泵吸模块供电，然后泵吸模块和三合一传感器模块开始工：各传感器里的化学剂(不同传感器里配置不同的化学剂)与气仓的气体进行化学反应，同时三合一传感器模块里的各传感器采集处理单元：一氧化碳传感器U1、氧气传感器U2、硫化氢传感器U4采集进行化学反应前后的电动势差(电压)，如图2，图3，图4所示，因为传感器电流随着气体浓度变化而变化，电流经物理电路转换为电压；一氧化碳传感器处理单元U1、氧气传感器U2、硫化氢传感器U4再将采集的电压值转换转换成气体(浓度)检测值；然后气体(浓度)检测值分别由一氧化碳传感器U1、氧气传感器U2、硫化氢传感器U4的SDADC1、SDADC2、SDADC3接口传至三合一传感器模块主控单元U201的PE8、PE9、PB14引脚，三合一传感器模块主控单元U201如图5所示。最后，气体(浓度)检测值在三合一传感器模块主控单元U201的PA10引脚接收到来自NB-IoT模块的收集指令后，由三合一传感器模块主控单元U201的PA9引脚经串口通信传送至NB-IoT模块。
在本实施例中，一氧化碳传感器U1、氧气传感器U2、硫化氢传感器U4均采用MCP6032-SONIC传感器芯片，所述三合一传感器模块主控单元U201采用STM32F373C数据处理器芯片。
NB-IoT模块BC26如图6所示。当NB-IoT模块BC26正常唤醒时，通过控制NB-IoT模块BC26中GPIO4RESERVED引脚处于高电平来控制电源给甲烷传感器模块、温湿度传感器模块、泵吸模块和三合一传感器模块供电；待甲烷传感器模块、泵吸模块和三合一传感器模块工作后，NB-IoT模块BC26的TXD_DBG引脚和TXD_AUX引脚发送数据收集指令，经串口通信传送至甲烷传感器模块和三合一传感器模块的主控单元，主控单元再将甲烷传感器模块和三合一传感器模块采集处理单元采集处理后的气体(浓度)检测值传输至的NB-IoT模块BC26的RXD_DBG引脚和RXD_AUX引脚；温湿度传感器模块工作后，温湿度检测值会传输至NB-IoT模块BC26的21引脚；NB-IoT模块BC26接收到气体(浓度)检测值和温湿度检测值后，与后台设备连接，连接成功且NB-IoT模块BC26接收到后台设备反馈后，NB-IoT模块BC26再将相关检测数据发送至后台设备。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (9)
1.一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：包括电源模块、传感器模块、NB-IoT模块以及泵吸模块；电源模块的输出端与泵吸模块、三合一传感器模块、甲烷传感器模块相连接并为其供电，所述泵吸模块与传感器模块相连接，所述传感器模块包括三合一传感器模块和甲烷传感器模块；所述三合一传感器模块和甲烷传感器模块与NB-IoT模块相连接，所述NB-IoT模块通过NB-IoT无线方式与后台设备设备相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述NB-IoT模块还连接有温湿度传感器模块，该温湿度传感器模块与电源模块相连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述NB-IoT模块与温湿度传感器模块通过I2C接口相连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述NB-IoT模块还连接有异动报警模块，该异动报警模块的输入端与电源模块相连接。
5.根据权利要求4所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述异动报警模块由陀螺仪构成。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述NB-IoT模块控制端口与电源模块相连接用于控制电源模块为泵吸模块供电。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述三合一传感器模块包括三合一传感器模块主控单元及与其相连接的一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器，所述三合一传感器模块主控单元与NB-IoT模块通过串口相连接。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述甲烷传感器模块包括甲烷传感器主控单元及与其相连接的甲烷传感器，所述甲烷传感器主控单元与NB-IoT模块通过串口相连接。
9.根据权利要求6所述的一种具有多种气体检测能力的数据采集及发送终端，其特征在于：所述NB-IoT模块通过串口与三合一传感器模块主控单元相连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210105 |