CN201314243Y - 基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置 - Google Patents

Abstract

基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，它涉及煤矿井下瓦斯浓度的安全监测系统。它用于跟踪瓦检人员作业情况，解决瓦检人员在工作中存在的脱岗、漏检、误检和虚报等问题。本实用新型的发射装置包括瓦斯浓度检测仪、数据存储电路和无线发射模块，瓦斯浓度检测仪检测到的瓦斯含量信号通过SPI接口输出给第一无线射频芯片，经调制解调器调制后再经发射天线电路发射出去，它的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离150米以内的装置，无线接收模块接收到的信号经单片机控制模块处理后，再通过通信接口模块与井上管理中心通讯。井上管理人员能及时掌握井下瓦检人员位置和作业点瓦斯浓度。该装置亦可用于井下无线瓦斯监测。

Description

基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下瓦斯浓度的安全监测系统，具体涉及一种基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置。

背景技术

目前在井下检测瓦斯浓度的瓦斯检测仪，检测时无法完成与井上监控中心实时通信，只能手工记录，工作量大，并且井上管理人员也无法监控检测人员是否认真工作，检测的地点是否全面，检测的数据是否准确等情况。如果发生瓦斯超限的紧急情况，井上管理人员也无法及时得到消息，以至于不能有效防止危险的发生。同时，现有煤矿安全监控系统对瓦斯的检测采用固定式有线传输方式，在固定点布置固定式瓦斯探头，并通过传输线将固定点的瓦斯浓度传送给井上管理人员，该方式存在着瓦斯检测范围小、移动性差、不利于在临时工作点布置监测点和对移动性较强的采掘作业环境适应性差等问题。针对瓦斯检测仪不能同监控中心通讯的问题，现有技术采用面向语音应用的蓝牙技术实现数据的无线传输，但是蓝牙通讯的有效距离太短，地上通讯距离只有10米左右，在井下就更短了，只有几米，不能有效解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了跟踪瓦检人员作业情况，解决瓦检人员在工作中存在脱岗、漏检、误检和虚报等问题，同时为煤矿瓦斯监测提供一种无线监测方式，弥补现有煤矿安全监控系统对瓦斯检测采用固定瓦斯探头和有线传输方式所存在的瓦斯检测范围小、移动性差、不利于在临时工作点布置监测点和对移动性较强的采掘作业环境适应性差等缺点，以及采用蓝牙无线通讯有效距离短的问题。提供一种基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置。

本实用新型的发射装置包括瓦斯浓度检测仪、无线发射模块和数据存储电路，

瓦斯浓度检测仪的输出端与无线发射模块的输入端相连，瓦斯浓度检测仪的输入输出端与数据存储电路的输入输出端相连，

无线发射模块包括第一无线射频芯片、第一SPI接口、第一GFSK调制解调器和发射天线电路，第一SPI接口的信号输出端与第一无线射频芯片的输入端相连，第一无线射频芯片的输入输出端与第一GFSK调制解调器的输入输出端相连，第一无线射频芯片的输出端与发射天线电路的信号输入端相连，发射天线电路的信号输出端与发射天线相连，

它的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离150米以内的装置，所述接收装置包括无线接收模块、单片机控制模块、通信接口模块和供电控制模块，无线接收模块的信号接收端与接收天线相连，无线接收模块的信号输出端与单片机控制模块的输入端相连，单片机控制模块的电源端口与供电控制模块的输出端相连，单片机控制模块的输出端与通信接口模块的输入端相连。

本实用新型的优点：

提供了一种基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，它增加了瓦斯检测仪的功能，使移动的瓦斯检测仪不仅进行随时检测、数据存储，并能将检测的瓦斯浓度和瓦检仪编号等数据实时传输到井上监控中心，使井上管理人员能及时掌握井下瓦检人员作业地点和作业点瓦斯浓度，以便及时准确的进行处理。

附图说明

图1是本实用新型发射装置结构示意图；图2是本实用新型接收装置结构示意图；图3是无线接收模块的结构示意图；图4是单片机控制模块的结构示意图；图5是供电控制模块的结构示意图；图6是路由基站的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式。

本实用新型的发射装置包括瓦斯浓度检测仪1、无线发射模块2和数据存储电路8，

瓦斯浓度检测仪1的输出端与无线发射模块2的输入端相连，瓦斯浓度检测仪1的输入输出端与数据存储电路8的输入输出端相连，

无线发射模块2包括第一无线射频芯片21、第一SPI接口22、第一GFSK调制解调器23和发射天线电路24，第一SPI接口22的信号输出端与第一无线射频芯片21的输入端相连，第一无线射频芯片21的输入输出端与第一GFSK调制解调器23的输入输出端相连，第一无线射频芯片21的输出端与发射天线电路24的信号输入端相连，发射天线电路24的信号输出端与发射天线相连，

它的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离150米以内的装置，所述接收装置包括无线接收模块3、单片机控制模块4、通信接口模块5和供电控制模块6，无线接收模块3的信号接收端与接收天线相连，无线接收模块3的信号输出端与单片机控制模块4的输入端相连，单片机控制模块4的电源端口与供电控制模块6的输出端相连，单片机控制模块4的输出端与通信接口模块5的输入端相连。

移动的瓦斯浓度检测仪1所测得的瓦斯浓度数据加上瓦斯浓度检测仪1的编号和数据信号类型(包括超限、非超限和定位三种，当数据信号类型是定位时，瓦斯浓度数据可选择设置为默认值0或当前浓度)后传输给第一SPI接口22，第一SPI接口22将这些数据传输给第一无线射频芯片21，第一无线射频芯片21控制第一GFSK调制解调器23完成调制，并将调制后的编码通过发射天线电路24进行发射，第一无线射频芯片21采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401，nRF905、nRF9E5或nRF2401为有源高频主动式射频卡，其中nRF905的载波频率为915MHz，能实现多点对一点通讯，并能组建无线传感测量网络，最大发射功耗为10db，接收灵敏度为-100db，在井下直线通讯距离达150米，理论通信速率100KB，实际工作为15KB。每隔1秒～20秒无线发射模块2主动发射一次定位数据，用来跟踪瓦检人员作业位置；当瓦斯浓度不超限时，瓦检人员需按下存储键来确认检测完成，将检测到的瓦斯浓度数据存储在数据存储电路8中以供使用，按设定的时间将存储在数据存储电路8中的相关数据通过发射装置进行无线发射；当瓦斯浓度超限时，瓦斯浓度检测仪1自动存储瓦斯浓度，并发射相关数据。瓦斯浓度检测仪1的标校、超限阀值设定和定位信号间隔时间的设置均通过无线方式由管理人员统一设定。

无线接收模块3对发射的信号进行接收，然后将接收到的信号传输到单片机控制模块4中，单片机控制模块4对接收的信号进行调制然后加上本身的地址码后送入通信接口模块5中，通信接口模块5将接收到的瓦斯浓度检测仪1的编号、瓦斯浓度数据、数据信号类型和接收装置地址码通过通讯电缆发送到井上监控中心。通信接口模块5的通信接口通过通讯电缆与井上监控中心或现有监控系统的监控分站相连。井上监控中心可以实时的了解井下的瓦斯浓度情况。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，无线接收模块3包括第二无线射频芯片31、第二GFSK调制解调器32和接收天线电路33，第二无线射频芯片31的输入输出端与第二GFSK调制解调器32的输入输出端相连，第二无线射频芯片31的输入端与接收天线电路33的信号输出端相连，接收天线电路33的信号接收端与接收天线相连，其它组成与连接关系与实施方式一相同。

第二无线射频芯片31采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401。

当第二无线射频芯片31监测到载波时，第二GFSK调制解调器32对监测到的载波进行解调，第二无线射频芯片31对接收数据进行地址匹配、CRC(循环冗余码)校验后确认数据就绪。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，单片机控制模块4包括第一微处理器41和第二SPI接口42，第二SPI接口42的输出端与第一微处理器41的输入端相连。其它的组成和连接方式与实施方式一相同。

第一微处理器41通过第二SPI接口42接收实施方式二所述的确认数据，对该数据添加数据长度和接收装置地址码后，发送给通信接口模块6，供电控制电路6实现上电复位和掉电复位。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，通信接口模块5包括485接口51和CAN接口52，其它的组成和连接方式与实施方式一相同。

与井上监控中心的接收装置之间的通讯可选择的方式有两种，通过485接口51或CAN接口52实现。

具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于，它还包括路由基站，所述路由基站包括第二微处理器71、第三无线射频芯片72、第三GFSK调制解调器73、第三SPI接口74、第三天线电路75和供电控制模块6，第二微处理器71的输入端与供电控制模块6的输出端相连，第二微处理器71的输入输出端与第三SPI接口74的第一输入输出端相连，第三SPI接口74的第二输入输出端与第三无线射频芯片72的第一输入输出端相连，第三无线射频芯片72的输入端与第三GFSK调制解调器73的输出端相连，第三无线射频芯片72的第二输入输出端与第三天线电路75的第一输入输出端相连，第三天线电路75的第二输入输出端与发射接收天线相连，其它的组成和连接方式与实施方式一相同。

第三无线射频芯片72采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401。

当移动的瓦斯检测仪与接收装置的直线距离超过150米的时候，增加一个移动的路由基站，路由基站与瓦斯检测仪和接收装置的直线距离均在直线距离150米之内，这样，有效的增加了检测的灵活性，扩大了测量范围，路由基站接收发射装置发送的数据，并将这些数据转发给井下有效距离内的接收装置，路由基站不对接收到的数据做任何处理，只是进行透明的数据中转。

具体实施方式六：结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一或五的不同之处在于，供电控制模块6包括稳压电路61、供电控制电路62、交/直流供电控制模块63、外部交流电源64、本质安全型电源65和电池过充放保护电路66，供电控制电路62的第一输出端与稳压电路61的输入端相连，供电控制电路62的第二输出端与电池过充放保护电路66的输入端相连，电池过充放保护电路66的输出端与本质安全型电源65的输入端相连，本质安全型电源65的输出端与供电控制电路62的第一输入端相连，外部交流电源64的输出端与交/直流供电控制模块63的输入端相连，交/直流供电控制模块63的输出端与供电控制电路62的第二输入端相连，其它的组成和连接方式与实施方式一或五相同。

工作原理：供电控制模块6默认以交流电供电，当使用交流供电时，能同时对直流电源进行充电，当突然断电时，供电控制电路62自动接通直流供电开关，本质安全型电源(DC)65的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。它的电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ，即瓦斯浓度为8.5％(最易爆炸的浓度)最小点燃能量。

Claims (9)

1、基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于它的发射装置包括瓦斯浓度检测仪(1)、无线发射模块(2)和数据存储电路(8)，

瓦斯浓度检测仪(1)的输出端与无线发射模块(2)的输入端相连，瓦斯浓度检测仪(1)的输入输出端与数据存储电路(8)的输入输出端相连，

无线发射模块(2)包括第一无线射频芯片(21)、第一SPI接口(22)、第一GFSK调制解调器(23)和发射天线电路(24)，第一SPI接口(22)的信号输出端与第一无线射频芯片(21)的输入端相连，第一无线射频芯片(21)的输入输出端与第一GFSK调制解调器(23)的输入输出端相连，第一无线射频芯片(21)的输出端与发射天线电路(24)的信号输入端相连，发射天线电路(24)的信号输出端与发射天线相连，

它的接收装置是固定在井下与发射装置直线方向距离150米以内的装置，所述接收装置包括无线接收模块(3)、单片机控制模块(4)、通信接口模块(5)和供电控制模块(6)，无线接收模块(3)的信号接收端与接收天线相连，无线接收模块(3)的信号输出端与单片机控制模块(4)的输入端相连，单片机控制模块(4)的电源端口与供电控制模块(6)的输出端相连，单片机控制模块(4)的输出端与通信接口模块(5)的输入端相连。

2、根据权利要求1所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于第一无线射频芯片(21)采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401。

3、根据权利要求1所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于无线接收模块(3)包括第二无线射频芯片(31)、第二GFSK调制解调器(32)和接收天线电路(33)，第二无线射频芯片(31)的输入输出端与第二GFSK调制解调器(32)的输入输出端相连，第二无线射频芯片(31)的输入端与接收天线电路(33)的信号输出端相连，接收天线电路(33)的信号接收端与接收天线相连。

4、根据权利要求3所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于第二无线射频芯片(31)采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401。

5、根据权利要求1所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于单片机控制模块(4)包括第一微处理器(41)和第二SPI接口(42)，第二SPI接口(42)的输出端与第一微处理器(41)的输入端相连。

6、根据权利要求1所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于通信接口模块(5)包括485接口(51)和CAN接口(52)。

7、根据权利要求1所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于它还包括路由基站，所述路由基站包括第二微处理器(71)、第三无线射频芯片(72)、第三GFSK调制解调器(73)、第三SPI接口(74)、第三天线电路(75)和供电控制模块(6)，第二微处理器(71)的输入端与供电控制模块(6)的输出端相连，第二微处理器(71)的输入输出端与第三SPI接口(74)的第一输入输出端相连，第三SPI接口(74)的第二输入输出端与第三无线射频芯片(72)的第一输入输出端相连，第三无线射频芯片(72)的输入端与第三GFSK调制解调器(73)的输出端相连，第三无线射频芯片(72)的第二输入输出端与第三天线电路(75)的第一输入输出端相连，第三天线电路(75)的第二输入输出端与发射接收天线相连。

8、根据权利要求7所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于第三无线射频芯片(72)采用主动式射频收发芯片nRF905、nRF9E5或nRF2401。

9、根据权利要求1或8所述的基于射频技术的瓦斯含量检测无线发射接收装置，其特征在于供电控制模块(6)包括稳压电路(61)、供电控制电路(62)、交/直流供电控制模块(63)、外部交流电源(64)、本质安全型电源(65)和电池过充放保护电路(66)，供电控制电路(62)的第一输出端与稳压电路(61)的输入端相连，供电控制电路(62)的第二输出端与电池过充放保护电路(66)的输入端相连，电池过充放保护电路(66)的输出端与本质安全型电源(65)的输入端相连，本质安全型电源(65)的输出端与供电控制电路(62)的第一输入端相连，外部交流电源(64)的输出端与交/直流供电控制模块(63)的输入端相连，交/直流供电控制模块(63)的输出端与供电控制电路(62)的第二输入端相连。

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