專利名稱：主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，它涉及煤礦瓦斯監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著礦山機(jī)械化程度的提高，掘進(jìn)與采煤工作面的推進(jìn)速度不斷加快，這對(duì)瓦斯 等環(huán)境參數(shù)監(jiān)測設(shè)備的靈活性提出了較大的考驗(yàn)。現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的瓦斯傳 感器均采用固定安裝和有線傳輸信號(hào)的方式，這種安裝和信號(hào)傳遞方式使其不能方便地隨 著采掘工作面的推進(jìn)而跟蹤前進(jìn)，并且不易在窄小的巷道布置瓦斯監(jiān)測點(diǎn)，存在監(jiān)測范圍 小、移動(dòng)困難等問題，它對(duì)于移動(dòng)性強(qiáng)的采掘作業(yè)環(huán)境缺乏適應(yīng)性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有瓦斯傳感器不便于隨著采掘作業(yè)跟蹤監(jiān)測并
且不易在窄小的巷道布置監(jiān)測點(diǎn)的問題，提供了一種主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)。 本實(shí)用新型包括主傳感系統(tǒng)和從傳感系統(tǒng)，所述主傳感系統(tǒng)包括主瓦斯傳感器檢
測單元、主單片機(jī)、主聲光報(bào)警電路、主顯示屏、主射頻通信芯片和CAN節(jié)點(diǎn)， 主瓦斯傳感器檢測單元的檢測信號(hào)輸出端連接主單片機(jī)的檢測信號(hào)輸入端，主單
片機(jī)的報(bào)警信號(hào)輸出端連接主聲光報(bào)警電路的報(bào)警信號(hào)輸入端，主單片機(jī)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)
輸出端連接主顯示屏的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，主單片機(jī)的信號(hào)輸入輸出端連接主射頻通信
芯片的信號(hào)輸出輸入端，主單片機(jī)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸入輸出端連接CAN節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出輸
入端； 從傳感系統(tǒng)包括從瓦斯傳感器檢測單元、從單片機(jī)、從聲光報(bào)警電路、從顯示屏、 從射頻通信芯片和鋰電池電源， 從瓦斯傳感器檢測單元的檢測信號(hào)輸出端連接從單片機(jī)的檢測信號(hào)輸入端，從單
片機(jī)的報(bào)警信號(hào)輸出端連接從聲光報(bào)警電路的報(bào)警信號(hào)輸入端，從單片機(jī)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)
輸出端連接從顯示屏的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，從單片機(jī)的信號(hào)輸入輸出端連接從射頻通信
芯片的信號(hào)輸出輸入端，從單片機(jī)的電源輸入輸出端連接鋰電池電源； 主射頻通信芯片和從射頻通信芯片之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳輸。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是 本實(shí)用新型采用射頻通信芯片通過無線通信協(xié)議組成對(duì)煤礦瓦斯?jié)舛鹊木钟驘o 線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可將從傳感系統(tǒng)隨著采掘工作面的向前推進(jìn)而跟蹤前進(jìn)，由于采用無線通信， 便于在窄小的巷道布置瓦斯監(jiān)測點(diǎn)，現(xiàn)場試驗(yàn)表明，主傳感系統(tǒng)和從傳感系統(tǒng)在井下環(huán)境 的通訊距離可達(dá)150m，提高了煤礦瓦斯監(jiān)測能力，較好地克服了目前礦井瓦斯有線監(jiān)測的 不足，對(duì)減少或避免礦井瓦斯災(zāi)害事故具有重要的意義。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是實(shí)施方式四中的主瓦斯傳感器檢測單
4元與主單片機(jī)的連接結(jié)構(gòu)框圖；圖3是實(shí)施方式五中的從瓦斯傳感器檢測單元與從單片機(jī) 的連接結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式
一 下面結(jié)合圖l說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括主傳感系統(tǒng)l和 從傳感系統(tǒng)2，所述主傳感系統(tǒng)1包括主瓦斯傳感器檢測單元l-l、主單片機(jī)l-2、主聲光報(bào) 警電路l-3、主顯示屏l-4、主射頻通信芯片1-5和CAN節(jié)點(diǎn)1-6， 主瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢測信號(hào)輸出端連接主單片機(jī)1-2的檢測信號(hào)輸入 端，主單片機(jī)1-2的報(bào)警信號(hào)輸出端連接主聲光報(bào)警電路1-3的報(bào)警信號(hào)輸入端，主單片機(jī)
1- 2的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸出端連接主顯示屏1-4的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，主單片機(jī)1-2的信號(hào) 輸入輸出端連接主射頻通信芯片1-5的信號(hào)輸出輸入端，主單片機(jī)1-2的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸入輸 出端連接CAN節(jié)點(diǎn)1-6的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出輸入端； 從傳感系統(tǒng)2包括從瓦斯傳感器檢測單元2-l、從單片機(jī)2-2、從聲光報(bào)警電路
2- 3、從顯示屏2-4、從射頻通信芯片2-5和鋰電池電源2-6， 從瓦斯傳感器檢測單元2-1的檢測信號(hào)輸出端連接從單片機(jī)2-2的檢測信號(hào)輸入 端，從單片機(jī)2-2的報(bào)警信號(hào)輸出端連接從聲光報(bào)警電路2-3的報(bào)警信號(hào)輸入端，從單片機(jī) 2-2的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸出端連接從顯示屏2-4的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，從單片機(jī)2-2的信號(hào) 輸入輸出端連接從射頻通信芯片2-5的信號(hào)輸出輸入端，從單片機(jī)2-2的電源輸入輸出端 連接鋰電池電源2-6 : 主射頻通信芯片1-5和從射頻通信芯片2-5之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳 輸。 工作過程 從瓦斯傳感器檢測單元2-l檢測到瓦斯?jié)舛群?，?huì)輸出瓦斯?jié)舛戎到o從單片機(jī) 2-2，從單片機(jī)2-2再將獲得的瓦斯?jié)舛人陀蓮娘@示屏2-4進(jìn)行瓦斯?jié)舛葦?shù)值顯示，然后在 從單片機(jī)2-2內(nèi)部進(jìn)行判斷其是否超限，此超限閥值根據(jù)從傳感系統(tǒng)2所處的井下環(huán)境預(yù) 先設(shè)置，若超限，則控制從聲光報(bào)警電路2-3進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)將超限濃度、從傳感系統(tǒng)2預(yù)設(shè) 的編號(hào)和數(shù)據(jù)類別(超限或非超限)通過從射頻通信芯片2-5發(fā)送給主傳感系統(tǒng)1中的主 射頻通信芯片l-5，在非超限的情況下，從單片機(jī)2-2每間隔一定時(shí)間通過從射頻通信芯片 2-5發(fā)送一次監(jiān)測數(shù)據(jù)給主射頻通信芯片l-5，主射頻通信芯片l-5接收到數(shù)據(jù)信息后，在 原數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上添加自身編碼后通過CAN節(jié)點(diǎn)l-6將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控分站或井上 監(jiān)控中心。 主傳感系統(tǒng)1除用于與上位機(jī)的通訊監(jiān)控，與從傳感系統(tǒng)2 —樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所處 環(huán)境的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，同時(shí)主傳感系統(tǒng)l中主單片機(jī)l-2會(huì)通過CAN節(jié)點(diǎn)l-6接收來自上 位機(jī)的指令，實(shí)施瓦斯電閉鎖及對(duì)從傳感系統(tǒng)2進(jìn)行巡檢控制。 從傳感系統(tǒng)2采用鋰電池電源2-6進(jìn)行供電，可隨同采掘工作面的推進(jìn)而進(jìn)行跟 蹤監(jiān)測，使監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置地點(diǎn)更靈活。 主射頻通信芯片1-5和從射頻通信芯片2-5的類型均可采用nRF905或者CC2430 等低功耗單片無線通信芯片，它具有發(fā)射和接收的雙向功能。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于所述主瓦斯傳感器檢
5測單元1-1采用紅外瓦斯傳感器。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。 本實(shí)施方式中的紅外瓦斯傳感器的檢測信號(hào)輸出端與主單片機(jī)l-2的UART接口
連接進(jìn)行信號(hào)傳遞。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同之處在于所述從瓦斯傳感器檢
測單元2-1采用紅外瓦斯傳感器。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式二相同。 本實(shí)施方式中的紅外瓦斯傳感器的檢測信號(hào)輸出端與從單片機(jī)2-2的UART接口
連接進(jìn)行信號(hào)傳遞。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不 同之處在于所述主瓦斯傳感器檢測單元1-1由主載體催化傳感器1-1-1和主信號(hào)調(diào)理電路
1- 1-2組成，主載體催化傳感器1-1-1的檢測信號(hào)輸出端連接主信號(hào)調(diào)理電路1-1-2的檢測 信號(hào)輸入端，主信號(hào)調(diào)理電路1-1-2的檢測信號(hào)輸出端為主瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢 測信號(hào)輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。 主載體催化傳感器1-1-1檢測到瓦斯?jié)舛群螅瑫?huì)輸出代表瓦斯?jié)舛戎档碾妷盒?號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過主信號(hào)調(diào)理電路1-1-2進(jìn)行濾波和放大后，被主單片機(jī)1-2的帶A/D轉(zhuǎn) 換的通用I/O端口接收并完成對(duì)該電壓信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，主單片機(jī)1-2根據(jù)預(yù)設(shè)的主載體 催化傳感器1-1-1的輸出線性曲線特征換算出與電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的瓦斯?jié)舛葦?shù)值，同時(shí)在內(nèi) 部采用軟件濾波法來提高瓦斯?jié)舛葯z測的準(zhǔn)確性，獲得的瓦斯?jié)舛人陀芍黠@示屏1-4進(jìn)行 瓦斯?jié)舛葦?shù)值顯示，然后在主單片機(jī)1-2內(nèi)部進(jìn)行判斷其是否超限，此超限閥值根據(jù)主傳 感系統(tǒng)1所處的井下環(huán)境預(yù)先設(shè)置。 本實(shí)施方式中主載體催化傳感器1-1-1的檢測采用載體催化原理，它主要是由催 化元件、補(bǔ)償元件和高穩(wěn)定電阻組成的惠斯登電橋。所述電橋在純空氣中保持平衡，當(dāng)遇 到含瓦斯氣體的空氣時(shí)，催化元件由于產(chǎn)生催化反應(yīng)無焰燃燒而使自身溫度增高，其阻值 隨同變化，此時(shí)電橋失去平衡，即輸出代表瓦斯?jié)舛戎档碾妷盒盘?hào)，該電壓信號(hào)被單片機(jī)接 收，并由單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換口完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，減少了外圍電路，提高了系統(tǒng)集成度。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式四的不 同之處在于所述從瓦斯傳感器檢測單元2-1由從載體催化傳感器2-1-1和從信號(hào)調(diào)理電路
2- 1-2組成，從載體催化傳感器2-1-1的檢測信號(hào)輸出端連接從信號(hào)調(diào)理電路2-1-2的檢測 信號(hào)輸入端，從信號(hào)調(diào)理電路2-1-2的檢測信號(hào)輸出端為從瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢 測信號(hào)輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式四相同。 本實(shí)施方式中從瓦斯傳感器檢測單元2-l的工作過程與工作原理與實(shí)施方式四 中主瓦斯傳感器檢測單元1-1的工作過程與工作原理相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式三或五的不同之處在于所述主傳感系統(tǒng) 1還包括備用直流電源1-7，備用直流電源1-7連接主單片機(jī)1-2的電源輸入端。其它組成 及連接關(guān)系與實(shí)施方式三或五相同。 主傳感系統(tǒng)1在正常情況下可采用交流電源供電，設(shè)置備用直流電源1-7可保證 在非正常斷電情況下主傳感系統(tǒng)1的正常工作不受影響，有利于監(jiān)控的正常進(jìn)行。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與實(shí)施方式六的不同之處在于所述主傳感系統(tǒng)1還 包括主LED指示燈1-8，所述主LED指示燈1_8的控制信號(hào)輸入端連接主單片機(jī)1_2的控制 信號(hào)輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式六相同。[0034] 主LED指示燈1-8由主單片機(jī)1_2進(jìn)行控制，可用于指示主傳感系統(tǒng)1是否正常 工作。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與實(shí)施方式七的不同之處在于所述從傳感系統(tǒng)2還 包括從LED指示燈2-7，從LED指示燈2_7的控制信號(hào)輸入端連接從單片機(jī)2_2的控制信號(hào) 輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式七相同。 從LED指示燈2-7由從單片機(jī)2_2進(jìn)行控制，可用于指示從傳感系統(tǒng)2是否正常 工作。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與實(shí)施方式一、二、三、四、五、七或八的不同之處在 于所述從傳感系統(tǒng)2為多個(gè)。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一、二、三、四、五、七或八相 同。 本實(shí)施方式采用多個(gè)從傳感系統(tǒng)2與主傳感系統(tǒng)1形成一個(gè)局域無線瓦斯監(jiān)測網(wǎng) 絡(luò)，它以主傳感系統(tǒng)l為中心，多個(gè)從傳感系統(tǒng)2在主傳感系統(tǒng)1周圍的一定范圍內(nèi)設(shè)置， 構(gòu)成以主傳感系統(tǒng)1為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井內(nèi)多處瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，擴(kuò)大 了瓦斯監(jiān)測范圍。 主單片機(jī)1-2和從單片機(jī)2-2可選用宏晶公司的新一代高速/低功耗單片機(jī) STC12C5412AD，該單片機(jī)采用單時(shí)鐘/機(jī)器周期，比普通8051單片機(jī)快12倍，具有高速SPI 端口 ，能滿足同無線射頻通信芯片的高速數(shù)據(jù)傳輸；超低功耗設(shè)計(jì)、ESD保護(hù)、抗4KV快速脈 沖干擾和寬電壓防電源抖動(dòng)等特性使其能較好的應(yīng)用于煤礦井下環(huán)境。
權(quán)利要求一種主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于它包括主傳感系統(tǒng)(1)和從傳感系統(tǒng)(2)，所述主傳感系統(tǒng)(1)包括主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)、主單片機(jī)(1-2)、主聲光報(bào)警電路(1-3)、主顯示屏(1-4)、主射頻通信芯片(1-5)和CAN節(jié)點(diǎn)(1-6)，主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號(hào)輸出端連接主單片機(jī)(1-2)的檢測信號(hào)輸入端，主單片機(jī)(1-2)的報(bào)警信號(hào)輸出端連接主聲光報(bào)警電路(1-3)的報(bào)警信號(hào)輸入端，主單片機(jī)(1-2)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸出端連接主顯示屏(1-4)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，主單片機(jī)(1-2)的信號(hào)輸入輸出端連接主射頻通信芯片(1-5)的信號(hào)輸出輸入端，主單片機(jī)(1-2)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸入輸出端連接CAN節(jié)點(diǎn)(1-6)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸出輸入端；從傳感系統(tǒng)(2)包括從瓦斯傳感器檢測單元(2-1)、從單片機(jī)(2-2)、從聲光報(bào)警電路(2-3)、從顯示屏(2-4)、從射頻通信芯片(2-5)和鋰電池電源(2-6)，從瓦斯傳感器檢測單元(2-1)的檢測信號(hào)輸出端連接從單片機(jī)(2-2)的檢測信號(hào)輸入端，從單片機(jī)(2-2)的報(bào)警信號(hào)輸出端連接從聲光報(bào)警電路(2-3)的報(bào)警信號(hào)輸入端，從單片機(jī)(2-2)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸出端連接從顯示屏(2-4)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)輸入端，從單片機(jī)(2-2)的信號(hào)輸入輸出端連接從射頻通信芯片(2-5)的信號(hào)輸出輸入端，從單片機(jī)(2-2)的電源輸入輸出端連接鋰電池電源(2-6)；主射頻通信芯片(1-5)和從射頻通信芯片(2-5)之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述主瓦斯傳感 器檢測單元(1-1)采用紅外瓦斯傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述從瓦斯傳感器檢測單元(2-1)采用紅外瓦斯傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)由主載體催化傳感器(1-1-1)和主信號(hào)調(diào)理電路(1-1-2)組成，主載體 催化傳感器(1-1-1)的檢測信號(hào)輸出端連接主信號(hào)調(diào)理電路(1-1-2)的檢測信號(hào)輸入端， 主信號(hào)調(diào)理電路(1-1-2)的檢測信號(hào)輸出端為主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號(hào)輸 出端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述從瓦斯傳感器檢測單元(2-1)由從載體催化傳感器(2-1-1)和從信號(hào)調(diào)理電路(2-1-2)組成，從載體 催化傳感器(2-1-1)的檢測信號(hào)輸出端連接從信號(hào)調(diào)理電路(2-1-2)的檢測信號(hào)輸入端， 從信號(hào)調(diào)理電路(2-1-2)的檢測信號(hào)輸出端為從瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號(hào)輸 出端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，其特征在于所述主傳感 系統(tǒng)(1)還包括備用直流電源(l-7)，備用直流電源(1-7)連接主單片機(jī)(1-2)的電源輸入丄山順。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線射頻瓦斯傳感器監(jiān)測裝置，其特征在于所述主傳感系統(tǒng)(1)還包括主LED指示燈(l-8)，所述主LED指示燈(1-8)的控制信號(hào)輸入端連接主單片 機(jī)(1-2)的控制信號(hào)輸出端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線射頻瓦斯傳感器監(jiān)測裝置，其特征在于所述從傳感系 統(tǒng)(2)還包括從LED指示燈(2-7)，從LED指示燈(2-7)的控制信號(hào)輸入端連接從單片機(jī)(2-2)的控制信號(hào)輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、7或8所述的無線射頻瓦斯傳感器監(jiān)測裝置，其特征在于 所述從傳感系統(tǒng)(2)為多個(gè)。
專利摘要主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)，它涉及煤礦瓦斯監(jiān)測領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有瓦斯傳感器不便于隨著采掘作業(yè)跟蹤監(jiān)測并且不易在窄小的巷道布置監(jiān)測點(diǎn)的問題。它包括主傳感系統(tǒng)和從傳感系統(tǒng)，主傳感系統(tǒng)包括主瓦斯傳感器檢測單元、主單片機(jī)、主聲光報(bào)警電路、主顯示屏、主射頻通信芯片和CAN節(jié)點(diǎn)；從傳感系統(tǒng)包括從瓦斯傳感器檢測單元、從單片機(jī)、從聲光報(bào)警電路、從顯示屏、從射頻通信芯片和鋰電池電源；主傳感系統(tǒng)的主射頻通信芯片和從傳感系統(tǒng)的從射頻通信芯片之間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳輸。本實(shí)用新型用于煤礦瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測。
文檔編號(hào)G08C17/02GK201518012SQ20092031530
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者劉新蕾, 吳強(qiáng), 沈斌, 秦憲禮, 肖福坤 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院