專利名稱：基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊陌踩O(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種基于射 頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置。
背景技術(shù)：
目前在井下檢測瓦斯?jié)舛鹊耐咚箼z測儀，檢測時(shí)無法完成與井上監(jiān)控中心 實(shí)時(shí)通信，只能手工記錄，工作量大，并且井上管理人員也無法監(jiān)控檢測人員 是否認(rèn)真工作，檢測的地點(diǎn)是否全面，檢測的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確等情況。如果發(fā)生 瓦斯超限的緊急情況，井上管理人員也無法及時(shí)得到消息，以至于不能有效防 止危險(xiǎn)的發(fā)生。同時(shí)，現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對瓦斯的檢測采用固定式有線傳 輸方式，在固定點(diǎn)布置固定式瓦斯探頭，并通過傳輸線將固定點(diǎn)的瓦斯?jié)舛葌?送給井上管理人員，該方式存在著瓦斯檢測范圍小、移動(dòng)性差、不利于在臨時(shí) 工作點(diǎn)布置監(jiān)測點(diǎn)和對移動(dòng)性較強(qiáng)的采掘作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性差等問題。針對瓦斯 檢測儀不能同監(jiān)控中心通訊的問題，現(xiàn)有技術(shù)采用面向語音應(yīng)用的藍(lán)牙技術(shù)實(shí)
現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，但是藍(lán)牙通訊的有效距離太短，地上通訊距離只有10米
左右，在井下就更短了，只有幾米，不能有效解決上述問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了跟蹤瓦檢人員作業(yè)情況，解決瓦檢人員在工作中 存在脫崗、漏檢、誤檢和虛報(bào)等問題，同時(shí)為煤礦瓦斯監(jiān)測提供一種無線監(jiān)測 方式，彌補(bǔ)現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對瓦斯檢測采用固定瓦斯探頭和有線傳輸方 式所存在的瓦斯檢測范圍小、移動(dòng)性差、不利于在臨時(shí)工作點(diǎn)布置監(jiān)測點(diǎn)和對 移動(dòng)性較強(qiáng)的采掘作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性差等缺點(diǎn)，以及采用藍(lán)牙無線通訊有效距離 短的問題。提供一種基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置。
5本實(shí)用新型的發(fā)射裝置包括瓦斯?jié)舛葥鞙y儀、無線發(fā)射模塊和數(shù)據(jù)存儲電
路，
瓦斯?jié)舛葯z測儀的輸出端與無線發(fā)射模塊的輸入端相連，瓦斯?jié)舛葯z測儀 的輸入輸出端與數(shù)據(jù)存儲電路的輸入輸出端相連，
無線發(fā)射模塊包括第一無線射頻芯片、第一 SPI接口、第一 GFSK調(diào)制 解調(diào)器和發(fā)射天線電路，第一 SPI接口的信號輸出端與第一無線射頻芯片的輸 入端相連，第一無線射頻芯片的輸入輸出端與第一 GFSK調(diào)制解調(diào)器的輸入 輸出端相連，第一無線射頻芯片的輸出端與發(fā)射天線電路的信號輸入端相連， 發(fā)射天線電路的信號輸出端與發(fā)射天線相連，
它的接收裝置是固定在井下與發(fā)射裝置直線方向距離150米以內(nèi)的裝置， 所述接收裝置包括無線接收模塊、單片機(jī)控制模塊、通信接口模塊和供電控制 模塊，無線接收模塊的信號接收端與接收天線相連，無線接收模塊的信號輸出 端與單片機(jī)控制模塊的輸入端相連，單片機(jī)控制模塊的電源端口與供電控制模
塊的輸出端相連，單片機(jī)控制模塊的輸出端與通信接口模塊的輸入端相連。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)
提供了一種基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置，它增加了瓦 斯檢測儀的功能，使移動(dòng)的瓦斯檢測儀不僅進(jìn)行隨時(shí)檢測、數(shù)據(jù)存儲，并能將 檢測的瓦斯?jié)舛群屯邫z儀編號等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄媳O(jiān)控中心，使井上管理人 員能及時(shí)掌握井下瓦檢人員作業(yè)地點(diǎn)和作業(yè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛?，以便及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行 處理。


圖1是本實(shí)用新型發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型接收裝置結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3是無線接收模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是單片機(jī)控制模塊的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖5是供電控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是路由基站的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式。
本實(shí)用新型的發(fā)射裝置包括瓦斯?jié)舛葯z測儀1、無線發(fā)射模塊2和數(shù)據(jù)存 儲電路8，
瓦斯?jié)舛葯z測儀1的輸出端與無線發(fā)射模塊2的輸入端相連，瓦斯?jié)舛葯z
測儀1的輸入輸出端與數(shù)據(jù)存儲電路8的輸入輸出端相連，
無線發(fā)射模塊2包括第一無線射頻芯片21、第一 SPI接口 22、第一 GFSK 調(diào)制解調(diào)器23和發(fā)射天線電路24，第一 SPI接口 22的信號輸出端與第一無 線射頻芯片21的輸入端相連，第一無線射頻芯片21的輸入輸出端與第一 GFSK調(diào)制解調(diào)器23的輸入輸出端相連，第一無線射頻芯片21的輸出端與發(fā) 射天線電路24的信號輸入端相連，發(fā)射天線電路24的信號輸出端與發(fā)射天線 相連， .
它的接收裝置是固定在井下與發(fā)射裝置直線方向距離150米以內(nèi)的裝置， 所述接收裝置包括無線接收模塊3、單片機(jī)控制模塊4、通信接口模塊5和供 電控制模塊6，無線接收模塊3的信號接收端與接收天線相連，無線接收模塊 3的信號輸出端與單片機(jī)控制模塊4的輸入端相連，單片機(jī)控制模塊4的電源 端口與供電控制模塊6的輸出端相連，單片機(jī)控制模塊4的輸出端與通信接口 模塊5的輸入端相連。
移動(dòng)的瓦斯?jié)舛葯z測儀1所測得的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)加上瓦斯?jié)舛葯z測儀1 的編號和數(shù)據(jù)信號類型(包括超限、非超限和定位三種，當(dāng)數(shù)據(jù)信號類型是定 位時(shí)，瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)可選擇設(shè)置為默認(rèn)值O或當(dāng)前濃度)后傳輸給第一SPI接 口 22，第一 SPI接口 22將這些數(shù)據(jù)傳輸給第一無線射頻芯片21，第一無線射 頻芯片21控制第一 GFSK調(diào)制解調(diào)器23完成調(diào)制，并將調(diào)制后的編碼通過 發(fā)射天線電路24進(jìn)行發(fā)射，第一無線射頻芯片21采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片 nRF905、 nRF9E5或nRF2401， nRF905、 nRF9E5或nRF2401為有源高頻主動(dòng) 式射頻卡，其中nRF905的載波頻率為915MHz，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對一點(diǎn)通訊，并能組建無線傳感測量網(wǎng)絡(luò)，最大發(fā)射功耗為10db，接收靈敏度為-100db，在 井下直線通訊距離達(dá)150米，理論通信速率100KB，實(shí)際工作為15KB。每隔 1秒 20秒無線發(fā)射模塊2主動(dòng)發(fā)射一次定位數(shù)據(jù)，用來跟蹤瓦撿人員作業(yè)位 置；當(dāng)瓦斯?jié)舛炔怀迺r(shí)，瓦檢人員需按下存儲鍵來確認(rèn)檢測完成，將檢測到 的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲電路8中以供使用，按設(shè)定的時(shí)間將存儲在數(shù) 據(jù)存儲電路8中的相關(guān)數(shù)據(jù)通過發(fā)射裝置進(jìn)行無線發(fā)射；當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)， 瓦斯?jié)舛葯z測儀1自動(dòng)存儲瓦斯?jié)舛?，并發(fā)射相關(guān)數(shù)據(jù)。瓦斯?jié)舛葯z測儀1 的標(biāo)校、超限閥值設(shè)定和定位信號間隔時(shí)間的設(shè)置均通過無線方式由管理人員 統(tǒng)一設(shè)定。
無線接收模塊3對發(fā)射的信號進(jìn)行接收，然后將接收到的信號傳輸?shù)絾?片機(jī)控制模塊4中，單片機(jī)控制模塊4對接收的信號進(jìn)行調(diào)制然后加上本身的 地址碼后送入通信接口模塊5中，通信接口模塊5將接收到的瓦斯?jié)舛葯z測儀 1的編號、瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)信號類型和接收裝置地址碼通過通訊電纜發(fā)送 到井上監(jiān)控中心。通信接口模塊5的通信接口通過通訊電纜與井上監(jiān)控中心或 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控分站相連。井上監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)的了解井下的瓦斯?jié)舛?情況。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的 不同之處在于，無線接收模塊3包括第二無線射頻芯片31、第二 GFSK調(diào)制 解調(diào)器32和接收天線電路33，第二無線射頻芯片31的輸入輸出端與第二 GFSK調(diào)制解調(diào)器32的輸入輸出端相連，第二無線射頻芯片31的輸入端與接 收天線電路33的信號輸出端相連，接收天線電路33的信號接收端與接收天線 相連，其它組成與連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
第二無線射頻芯片31采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片nRF905、 nRF9E5或 nRF2401。
當(dāng)?shù)诙o線射頻芯片31監(jiān)測到載波時(shí)，第二 GFSK調(diào)制解調(diào)器32對監(jiān)測到的載波進(jìn)行解調(diào)，第二無線射頻芯片31對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行地址匹配、
CRC(循環(huán)冗余碼)校驗(yàn)后確認(rèn)數(shù)據(jù)就緒。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖4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，單片機(jī)控制模塊4包括第一微處理器41和第二 SPI接口 42， 第二 SPI接口 42的輸出端與第一微處理器41的輸入端相連。其它的組成和連
接方式與實(shí)施方式一相同。
第一微處理器41通過第二 SPI接口 42接收實(shí)施方式二所述的確認(rèn)數(shù)據(jù)， 對該數(shù)據(jù)添加數(shù)據(jù)長度和接收裝置地址碼后，發(fā)送給通信接口模塊6，供電控 制電路6實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和掉電復(fù)位。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖4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，通信接口模塊5包括485接口51和CAN接口52，其它的組 成和連接方式與實(shí)施方式一相同。
與井上監(jiān)控中心的接收裝置之間的通訊可選擇的方式有兩種，通過485 接口 51或CAN接口 52實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖6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，它還包括路由基站，所述路由基站包括第二微處理器71、第 三無線射頻芯片72、第三GFSK調(diào)制解調(diào)器73、第三SPI接口74、第三天線 電路75和供電控制模塊6，第二微處理器71的輸入端與供電控制模塊6的輸 出端相連，第二微處理器71的輸入輸出端與第三SPI接口 74的第一輸入輸出 端相連，第三SPI接口 74的第二輸入輸出端與第三無線射頻芯片72的第一輸 入輸出端相連，第三無線射頻芯片72的輸入端與第三GFSK調(diào)制解調(diào)器73 的輸出端相連，第三無線射頻芯片72的第二輸入輸出端與第三天線電路75 的第一輸入輸出端相連，第三天線電路75的第二輸入輸出端與發(fā)射接收天線 相連，其它的組成和連接方式與實(shí)施方式一相同。
第三無線射頻芯片72采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片nRF905、 nRF9E5或nRF2401。
當(dāng)移動(dòng)的瓦斯檢測儀與接收裝置的直線距離超過150米的時(shí)候，增加一個(gè) 移動(dòng)的路由基站，路由基站與瓦斯檢測儀和接收裝置的直線距離均在直線距離 150米之內(nèi)，這樣，有效的增加了檢測的靈活性，擴(kuò)大了測量范圍，路由基站 接收發(fā)射裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給井下有效距離內(nèi)的接收裝置， 路由基站不對接收到的數(shù)據(jù)做任何處理，只是進(jìn)行透明的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與實(shí)施方式一或 五的不同之處在于，供電控制模塊6包括穩(wěn)壓電路61、供電控制電路62、 直流供電控制模塊63、外部交流電源64、本質(zhì)安全型電源65和電池過充放保 護(hù)電路66，供電控制電路62的第一輸出端與穩(wěn)壓電路61的輸入端相連，供 電控制電路62的第二輸出端與電池過充放保護(hù)電路66的輸入端相連，電池過 充放保護(hù)電路66的輸出端與本質(zhì)安全型電源65的輸入端相連，本質(zhì)安全型電 源65的輸出端與供電控制電路62的第一輸入端相連，外部交流電源64的輸 出端與交/直流供電控制模塊63的輸入端相連，交/直流供電控制模塊63的輸 出端與供電控制電路62的第二輸入端相連，其它的組成和連接方式與實(shí)施方 式一或五相同。
工作原理供電控制模塊6默認(rèn)以交流電供電，當(dāng)使用交流供電時(shí)，能同 時(shí)對直流電源進(jìn)行充電，當(dāng)突然斷電時(shí)，供電控制電路62自動(dòng)接通直流供電 開關(guān)，本質(zhì)安全型電源(DC) 65的特征是其全部電路均為本質(zhì)安全電路，即 在正常工作或規(guī)定的故障狀態(tài)下產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆 炸性混合物的電路。它的電路在正常使用或出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生的電火花或熱效應(yīng) 的能量小于0.281111，即瓦斯?jié)舛葹?.5% (最易爆炸的濃度)最小點(diǎn)燃能量。
權(quán)利要求1、基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置，其特征在于它的發(fā)射裝置包括瓦斯?jié)舛葯z測儀(1)、無線發(fā)射模塊(2)和數(shù)據(jù)存儲電路(8)，瓦斯?jié)舛葯z測儀(1)的輸出端與無線發(fā)射模塊(2)的輸入端相連，瓦斯?jié)舛葯z測儀(1)的輸入輸出端與數(shù)據(jù)存儲電路(8)的輸入輸出端相連，無線發(fā)射模塊(2)包括第一無線射頻芯片(21)、第一SPI接口(22)、第一GFSK調(diào)制解調(diào)器(23)和發(fā)射天線電路(24)，第一SPI接口(22)的信號輸出端與第一無線射頻芯片(21)的輸入端相連，第一無線射頻芯片(21)的輸入輸出端與第一GFSK調(diào)制解調(diào)器(23)的輸入輸出端相連，第一無線射頻芯片(21)的輸出端與發(fā)射天線電路(24)的信號輸入端相連，發(fā)射天線電路(24)的信號輸出端與發(fā)射天線相連，它的接收裝置是固定在井下與發(fā)射裝置直線方向距離150米以內(nèi)的裝置，所述接收裝置包括無線接收模塊(3)、單片機(jī)控制模塊(4)、通信接口模塊(5)和供電控制模塊(6)，無線接收模塊(3)的信號接收端與接收天線相連，無線接收模塊(3)的信號輸出端與單片機(jī)控制模塊(4)的輸入端相連，單片機(jī)控制模塊(4)的電源端口與供電控制模塊(6)的輸出端相連，單片機(jī)控制模塊(4)的輸出端與通信接口模塊(5)的輸入端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于第一無線射頻芯片(21)采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片nRF905、 nRF9E5或nRF2401。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于無線接收模塊(3)包括第二無線射頻芯片(31)、第二GFSK調(diào)制 解調(diào)器(32)和接收天線電路(33)，第二無線射頻芯片(31)的輸入輸出端與第二. GFSK調(diào)制解調(diào)器(32)的輸入輸出端相連，第二無線射頻芯片(31)的輸入端與 接收天線電路(33)的信號輸出端相連，接收天線電路(33)的信號接收端與接收天線相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于第二無線射頻芯片(31)采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片nRF905、 nRF9E5或nRF2楊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于單片機(jī)控制模塊(4)包括第一微處理器(41)和第二 SPI接口(42)， 第二 SPI接口(42)的輸出端與第一微處理器(41)的輸入端相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于通信接口模塊(5)包括485接口(51)和CAN接口(52)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于它還包括路由基站，所述路由基站包括第二微處理器(71)、第 三無線射頻芯片(72)、第三GFSK調(diào)制解調(diào)器(73)、第三SPI接口(74)、第三天 線電路(75)和供電控制模塊(6)，第二微處理器(71)的輸入端與供電控制模塊(6) 的輸出端相連，第二微處理器(71)的輸入輸出端與第三SPI接口(74)的第一輸 入輸出端相連，第三SPI接口(74)的第二輸入輸出端與第三無線射頻芯片(72) 的第一輸入輸出端相連，第三無線射頻芯片(72)的輸入端與第三GFSK調(diào)制解 調(diào)器(73)的輸出端相連，第三無線射頻芯片(72)的第二輸入輸出端與第三天線 電路(75)的第一輸入輸出端相連，第三天線電路(75)的第二輸入輸出端與發(fā)射 接收天線相連。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝 置，其特征在于第三無線射頻芯片(72)采用主動(dòng)式射頻收發(fā)芯片nRF905、 nRF9E5或nRF2401。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接 收裝置，其特征在于供電控制模塊(6)包括穩(wěn)壓電路(61)、供電控制電路(62)、 交/直流供電控制模塊(63)、外部交流電源(64)、本質(zhì)安全型電源(65)和電池過充放保護(hù)電路(66)，供電控制電斷62)的第一輸出端與穩(wěn)壓電路(61)的輸入端相 連，供電控制電路(62)的第二輸出端與電池過充放保護(hù)電路(66)的輸入端相連， 電池過充放保護(hù)電路(66)的輸出端與本質(zhì)安全型電源(65)的輸入端相連，本質(zhì) 安全型電源(65)的輸出端與供電控制電路(62)的第一輸入端相連，外部交流電 源(64)的輸出端與交/直流供電控制模塊(63)的輸入端相連，交/直流供電控制模 塊(63)的輸出端與供電控制電路(62)的第二輸入端相連。
專利摘要基于射頻技術(shù)的瓦斯含量檢測無線發(fā)射接收裝置，它涉及煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊陌踩O(jiān)測系統(tǒng)。它用于跟蹤瓦檢人員作業(yè)情況，解決瓦檢人員在工作中存在的脫崗、漏檢、誤檢和虛報(bào)等問題。本實(shí)用新型的發(fā)射裝置包括瓦斯?jié)舛葯z測儀、數(shù)據(jù)存儲電路和無線發(fā)射模塊，瓦斯?jié)舛葯z測儀檢測到的瓦斯含量信號通過SPI接口輸出給第一無線射頻芯片，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后再經(jīng)發(fā)射天線電路發(fā)射出去，它的接收裝置是固定在井下與發(fā)射裝置直線方向距離150米以內(nèi)的裝置，無線接收模塊接收到的信號經(jīng)單片機(jī)控制模塊處理后，再通過通信接口模塊與井上管理中心通訊。井上管理人員能及時(shí)掌握井下瓦檢人員位置和作業(yè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛?。該裝置亦可用于井下無線瓦斯監(jiān)測。
文檔編號E21F17/18GK201314243SQ20082021188
公開日2009年9月23日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者劉新蕾, 強(qiáng) 吳, 張克春, 張石磊, 輝 朱, 斌 沈, 王洪粱, 秦憲禮 申請人:黑龍江科技學(xué)院