CN201548511U - 一种无线甲烷监测传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无线甲烷监测传感器装置，其包括给装置提供电源的电池装置、甲烷探头、与该甲烷探头连接的甲烷传感模块、与该甲烷传感模块连接并可接收和发送信号的无线通信模块、可将该无线通信模块发送的信号全部接收并放大的信号放大模块，该信号放大模块与信息传输的信道连接，无线通信模块包含有可进行A/D转换的微处理器。克服了现有技术中模拟信号长距离传输容易受到干扰、探测结果不准确、物力投入很大、探测范围有限、成本高、安装维护复杂等技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及到甲烷的监测，尤其涉及一种无线甲烷监测传感器装置。
背景技术
我国是煤矿大国，据统计共有26000多个煤矿，其中乡镇煤矿约23000个，国有大中型煤矿约3000个，而且煤炭是我国的主要能源，在国民经济建设中占有非常重要的地位，短期内具有不可替代性。然而我国的煤矿安全生产问题却十分突出，矿难频繁发生。每年煤矿事故死亡人数都徘徊在六七千人左右，每年仅生产事故所造成的直接经济损失就超过一千亿元人民币，加上间接损失，高达两千亿，煤矿事故的死亡率和死亡人数均远高于世界其他主要产煤国。众多煤矿事故中，绝大多数都是由于瓦斯爆炸造成的，如何降低瓦斯事故成为我国科学工作者长期以来研究的重点。
信息技术已经深入到我国社会建设的各个角落，煤矿也不例外，为了解决瓦斯问题，大多数煤矿已经引入了现代化的电子技术和网络技术。瓦斯监测是降低瓦斯事故的第一步，也是最为关键的一步，按照国家规定，每个煤矿都必须安装了自动化的瓦斯监测系统，其主要实现方法是利用通信电缆，将瓦斯传感器采集到的模拟信号传输到集中点，再经过放大送到井上；但是这种自动化瓦斯监测系统也存在着很多问题：
1、模拟信号长距离传输容易受到干扰而产生信号传输错误；
2、瓦斯探测器输出信号的大小与环境温度和湿度有关，在某些情况下会出现探测结果不准确；
3、每隔一定时间，需要用标准气体对每个瓦斯探测器进行重新标定，人力和物力投入很大；
4、探测范围有限，该自动化监测系统的瓦斯传感器会每隔一段距离放置一个，一般为100至200米，以及一些特殊的地方，例如采矿面十米处，这样仍然会有一些地方不能探测到，甚至是人经常出入的地方；
5、成本很高，需要单独铺设光缆和其它通信电缆；
6、安装维护复杂，不论是通信线路还是单独的瓦斯传感器，都是一种大型复杂设备。
基于上述问题是业内亟待解决的一个技术问题。一些学者和工程师开始尝试将无线传感器网络应用在煤矿安全领域，其中就包括了瓦斯检测无线传感器网络，这种无线传感器网络具有网络灵活性高、网络建设维护容易、系统可扩展性好、网络生存能力强等众多优秀品质，想必会给煤矿瓦斯安全领域带来一片新的气象。
实用新型内容
本实用新型是要解决现有甲烷监测存在上述的技术问题，提供一种无线甲烷监测传感器装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：一种无线甲烷监测传感器装置，其中：包括给装置提供电源的电池装置、甲烷探头、与该甲烷探头连接的甲烷传感模块、与该甲烷传感模块连接并可接收和发送信号的无线通信模块、可将该无线通信模块发送的信号全部接收并放大的信号放大模块，该信号放大模块与信息传输的信道连接。
其中，所述无线传输模块包含有信号发射与接收部件，该信号发射与接收部件与所述信号放大模块进行无缝连接。
其中，所述无线通信模块包含有一可将甲烷传感模块的模拟信号进行A/D转换的微处理器。
其中，所述无线通信模块包含有外部扩展接口，所述信号放大模块通过该扩展接口与所述微处理器设置的通用I/O接口连接。
其中，所述无线通信模块包含有计算器和存储器。
其中，所述甲烷探头为MJC4/2.5J煤矿甲烷检测用载体催化元件。
其中，所述无线通信模块为一种开源印刷电路板Telos Rev.B(Telos B型修订版)。
其中，所述信号放大模块为射频前端CC2591芯片。
其中，所述电池装置为一个可提供2至3伏电压的干电池盒。
其中，所述信号放大模块和甲烷传感模块集成在一块印刷电路板上。
与现有技术相比，本实用新型采用开源印刷电路板Telos Rev.B的无线通信模块和射频前端CC2591的信号放大信号放大模块，信号放大模块通过外部扩展接口与微处理器的通用I/O接口连接，使在程序中能够控制信号放大模块的工作状态；本实用新型克服了现有技术中模拟信号长距离传输容易受到干扰、探测结果不准确、物力投入很大、探测范围有限、成本高、安装维护复杂等技术问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作出详细的说明，其中：
图1是本实用新型一实例的连接框图。
具体实施方式
本实用新型提出了一种具有甲烷检测功能的无线传感器网络节点的设计技术，这种节点同时具有无线信号传输、无线信号放大和甲烷浓度检测三种功能。
本实用新型的一实例的连接框图，如图1所示，无线甲烷监测传感器装置，其包括有给装置提供电源的电池装置、甲烷探头1、与该甲烷探头连接的甲烷传感模块2、与该甲烷传感模块连接并可接收和发送信号的无线通信模块3、可将该无线通信模块发送的信号全部接收并放大的信号放大模块4，该信号放大模块与信息传输的信道5连接。
甲烷探头1选用MJC4/2.5J煤矿甲烷检测用载体催化元件，结合甲烷传感模块2，能够将外界环境空气中的甲烷浓度转换成模拟信号输出，模拟信号还需要通过A/D转换以后才能够以数据的形式通过无线通信模块发送给用户，因此，该模块必须与无线通信模块中微处理器的A/D转换器连接。
无线通信模块3，采用了由美国UC Berkeley大学研究并实现的一种开源印刷电路板Telos Rev.B(Telos B型修订版)；无线通信模块内还设置有可将甲烷传感模块传来的模拟信号进行A/D转换得到数字信号的微处理器31；无线通信模块还包含有计算器和存储器，使其具有计算、存储和数据发送与接收等重要功能。该开源印刷电路板Telos Rev.B是超低功耗，还具有完善的板上内置天线，传输距离达125米，传输信号完全符合IEEE 802.15.4标准，采用2.4GHz ISM免费频段，它可选择地安装的湿度、温度和光线感应器，该电路板提供完整的外设，包括一个12位ADC和DAC、定时器、I2C、SPI、UART，及DMA控制器，拥有外置Flash，能够保存1024KB的数据等，在源代码开放的TinyOS支持下，TelosRev.B应用到最新的无线协议和开放源代码软件，Telos Rev.B还携带一个容易使用的USB协议，使用它可以直接对Telos平台进行编程、调试及数据采集，具体关于Telos Rev.B在UC Berkeley大学发表的论文中有详细介绍，这里就不在赘述。无线通信模块3是整个设备的核心部分，不但具有无线通信功能，还具有完备的数据处理和存储功能，它还通过扩展接口32为其它模块提供电源，并提供控制接口和信号处理接口。
信号放大模块4，采用美国德州仪器生产的射频前端CC2591芯片，能够跟无线传输模块3的信号发射与接收部件进行无缝连接，当处于发送放大工作状态时，它把无线通信模块发出的信号全部接收，经过CC2591处理放大后，再以相同的频率和相位发送到相同的信道5中去；当处于接收放大工作状态是，它负责收集外界信道中相关信号，经过CC2591处理放大后，再发送给无线通信模块的接收部件。为了能够在程序中控制信号放大模块的工作状态，无线通信模块3包含有外部扩展接口32，信号放大模块4通过该扩展接口与微处理器(MCU)31设置的多个通用I/O接口连接。该模块完全符合IEEE 802.15.4标准，并且与ZigBee协议兼容，能够把2.4GHz频段的信号最大放大到22dBm。
简单地说无线甲烷监测传感器装置由两块电路板和一个电源组成。两块电路板为Telos板和扩展板，Telos板就是按照上述开源的Telos Rev.B的标准制作的印刷电路板，扩展板是指上述的信号放大模块4和甲烷传感模块2集成在一块印刷电路板上构成；电源为一个电池装置可提供2至3伏电压的干电池盒，可设置为一个无盖两节5号干电池的电池盒。
当探测到甲烷浓度的模拟量由甲烷传感模块把这种模拟量发送给微处理器进行A/D转换，并计算出瓦斯浓度值。由于电子器件的限制，无线通信模块发出的无线信号比较弱，传输距离十分有限，信号放大模块正是为了解决这一限制而设计，它能够将无线通信模块发出的信号进行一次放大，大大加强了无线信号的传输能力和抗干扰性。
以上结合具体实施方式对本实用新型进行了详细的描述，但是本技术领域内的技术人员可以对这些实施方式做出多种变更或变化，这些变更和变化应落入本实用新型保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：包括给装置提供电源的电池装置、甲烷探头(1)、与该甲烷探头连接的甲烷传感模块(2)、与该甲烷传感模块连接并可接收和发送信号的无线通信模块(3)、可将该无线通信模块发送的信号全部接收并放大的信号放大模块(4)，该信号放大模块与信息传输的信道(5)连接。
2.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述无线传输模块(3)包含有信号发射与接收部件，该信号发射与接收部件与所述信号放大模块(4)进行无缝连接。
3.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述无线通信模块(3)包含有一可将甲烷传感模块的模拟信号进行A/D转换的微处理器(31)。
4.根据权利要求3所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述无线通信模块(3)包含有外部扩展接口(32)，所述信号放大模块(4)通过该扩展接口与所述微处理器(31)设置的通用I/O接口连接。
5.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述无线通信模块(3)包含有计算器和存储器。
6.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述甲烷探头(1)为MJC4/2.5J煤矿甲烷检测用载体催化元件。
7.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述无线通信模块(3)为一种开源印刷电路板Telos Rev.B。
8.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述信号放大模块(4)为射频前端CC2591芯片。
9.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述电池装置为一个可提供2至3伏电压的干电池盒。
10.根据权利要求1所述的无线甲烷监测传感器装置，其特征在于：所述信号放大模块(4)和甲烷传感模块(2)集成在一块印刷电路板上。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2009202053898U CN201548511U (zh) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | 一种无线甲烷监测传感器装置 |
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| CN2009202053898U CN201548511U (zh) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | 一种无线甲烷监测传感器装置 |
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| CN (1) | CN201548511U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105181753A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-23 | 扬中市南方矿用电器有限公司 | Cth1000a一氧化碳测定器 |
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2009
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| CN105181753A (zh) * | 2015-10-09 | 2015-12-23 | 扬中市南方矿用电器有限公司 | Cth1000a一氧化碳测定器 |
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