專利名稱：一種無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到甲烷的監(jiān)測，尤其涉及一種無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置。
背景技術(shù)：
我國是煤礦大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)共有26000多個(gè)煤礦，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦約23000個(gè)，國有大中型煤礦約3000個(gè)，而且煤炭是我國的主要能源，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有非常重要的地位，短期內(nèi)具有不可替代性。然而我國的煤礦安全生產(chǎn)問題卻十分突出，礦難頻繁發(fā)生。每年煤礦事故死亡人數(shù)都徘徊在六七千人左右，每年僅生產(chǎn)事故所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就超過一千億元人民幣，加上間接損失，高達(dá)兩千億，煤礦事故的死亡率和死亡人數(shù)均遠(yuǎn)高于世界其他主要產(chǎn)煤國。眾多煤礦事故中，絕大多數(shù)都是由于瓦斯爆炸造成的，如何降低瓦斯事故成為我國科學(xué)工作者長期以來研究的重點(diǎn)。 信息技術(shù)已經(jīng)深入到我國社會(huì)建設(shè)的各個(gè)角落，煤礦也不例外，為了解決瓦斯問題，大多數(shù)煤礦已經(jīng)引入了現(xiàn)代化的電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。瓦斯監(jiān)測是降低瓦斯事故的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步，按照國家規(guī)定，每個(gè)煤礦都必須安裝了自動(dòng)化的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其主要實(shí)現(xiàn)方法是利用通信電纜，將瓦斯傳感器采集到的模擬信號(hào)傳輸?shù)郊悬c(diǎn)，再經(jīng)過放大送到井上；但是這種自動(dòng)化瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)也存在著很多問題[0004] 1、模擬信號(hào)長距離傳輸容易受到干擾而產(chǎn)生信號(hào)傳輸錯(cuò)誤； 2、瓦斯探測器輸出信號(hào)的大小與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)，在某些情況下會(huì)出現(xiàn)探測結(jié)果不準(zhǔn)確； 3、每隔一定時(shí)間，需要用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)每個(gè)瓦斯探測器進(jìn)行重新標(biāo)定，人力和物力投入很大； 4、探測范圍有限，該自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的瓦斯傳感器會(huì)每隔一段距離放置一個(gè)，一般為100至200米，以及一些特殊的地方，例如采礦面十米處，這樣仍然會(huì)有一些地方不能探測到，甚至是人經(jīng)常出入的地方； 5、成本很高，需要單獨(dú)鋪設(shè)光纜和其它通信電纜； 6、安裝維護(hù)復(fù)雜，不論是通信線路還是單獨(dú)的瓦斯傳感器，都是一種大型復(fù)雜設(shè)備。 基于上述問題是業(yè)內(nèi)亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。 一些學(xué)者和工程師開始嘗試將無
線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在煤礦安全領(lǐng)域，其中就包括了瓦斯檢測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)靈活性高、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護(hù)容易、系統(tǒng)可擴(kuò)展性好、網(wǎng)絡(luò)生存能力強(qiáng)等眾多優(yōu)秀品質(zhì)，想必會(huì)給煤礦瓦斯安全領(lǐng)域帶來一片新的氣象。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是要解決現(xiàn)有甲烷監(jiān)測存在上述的技術(shù)問題，提供一種無線甲烷監(jiān)測
傳感器裝置。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是一種無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其中包括給裝置提供電源的電池裝置、甲烷探頭、與該甲烷探頭連接的甲烷傳感模塊、與該甲烷傳感模塊連接并可接收和發(fā)送信號(hào)的無線通信模塊、可將該無線通信模塊發(fā)送的信號(hào)全部接收并放大的信號(hào)放大模塊，該信號(hào)放大模塊與信息傳輸?shù)男诺肋B接。[0013] 其中，所述無線傳輸模塊包含有信號(hào)發(fā)射與接收部件，該信號(hào)發(fā)射與接收部件與所述信號(hào)放大模塊進(jìn)行無縫連接。 其中，所述無線通信模塊包含有一可將甲烷傳感模塊的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的微處理器。 其中，所述無線通信模塊包含有外部擴(kuò)展接口 ，所述信號(hào)放大模塊通過該擴(kuò)展接
口與所述微處理器設(shè)置的通用1/0接口連接。 其中，所述無線通信模塊包含有計(jì)算器和存儲(chǔ)器。 其中，所述甲烷探頭為MJC4/2. 5J煤礦甲烷檢測用載體催化元件。 其中，所述無線通信模塊為一種開源印刷電路板Telos Rev.B(Telos B型修訂版)。 其中，所述信號(hào)放大模塊為射頻前端CC2591芯片。 其中，所述電池裝置為一個(gè)可提供2至3伏電壓的干電池盒。 其中，所述信號(hào)放大模塊和甲烷傳感模塊集成在一塊印刷電路板上。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用開源印刷電路板Telos Rev. B的無線通信模塊
和射頻前端CC2591的信號(hào)放大信號(hào)放大模塊，信號(hào)放大模塊通過外部擴(kuò)展接口與微處理
器的通用1/0接口連接，使在程序中能夠控制信號(hào)放大模塊的工作狀態(tài)；本實(shí)用新型克服
了現(xiàn)有技術(shù)中模擬信號(hào)長距離傳輸容易受到干擾、探測結(jié)果不準(zhǔn)確、物力投入很大、探測范圍有限、成本高、安裝維護(hù)復(fù)雜等技術(shù)問題。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作出詳細(xì)的說明，其中[0024]

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)例的連接框圖。
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型提出了一種具有甲烷檢測功能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，這
種節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有無線信號(hào)傳輸、無線信號(hào)放大和甲烷濃度檢測三種功能。 本實(shí)用新型的一實(shí)例的連接框圖，如圖1所示，無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其包括
有給裝置提供電源的電池裝置、甲烷探頭1 、與該甲烷探頭連接的甲烷傳感模塊2、與該甲
烷傳感模塊連接并可接收和發(fā)送信號(hào)的無線通信模塊3、可將該無線通信模塊發(fā)送的信號(hào)
全部接收并放大的信號(hào)放大模塊4，該信號(hào)放大模塊與信息傳輸?shù)男诺?連接。 甲烷探頭1選用MJC4/2. 5J煤礦甲烷檢測用載體催化元件，結(jié)合甲烷傳感模塊2，
能夠?qū)⑼饨绛h(huán)境空氣中的甲烷濃度轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，模擬信號(hào)還需要通過A/D轉(zhuǎn)換以
后才能夠以數(shù)據(jù)的形式通過無線通信模塊發(fā)送給用戶，因此，該模塊必須與無線通信模塊
中微處理器的A/D轉(zhuǎn)換器連接。 無線通信模塊3，采用了由美國UC Berkeley大學(xué)研究并實(shí)現(xiàn)的一種開源印刷電路板Telos Rev.B(Telos B型修訂版)；無線通信模塊內(nèi)還設(shè)置有可將甲烷傳感模塊傳來的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)的微處理器31 ;無線通信模塊還包含有計(jì)算器和存 儲(chǔ)器，使其具有計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等重要功能。該開源印刷電路板Telos Rev. B是超低功耗，還具有完善的板上內(nèi)置天線，傳輸距離達(dá)125米，傳輸信號(hào)完全符合IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，采用2. 4GHz ISM免費(fèi)頻段，它可選擇地安裝的濕度、溫度和光線感應(yīng)器，該 電路板提供完整的外設(shè)，包括一個(gè)12位ADC和DAC、定時(shí)器、I2C、SPI、UART，及DMA控制器， 擁有外置Flash,能夠保存1024KB的數(shù)據(jù)等，在源代碼開放的TinyOS支持下，TelosRev. B應(yīng)用到最新的無線協(xié)議和開放源代碼軟件，Telos Rev.B還攜帶一個(gè)容易使用的USB協(xié) 議，使用它可以直接對(duì)Telos平臺(tái)進(jìn)行編程、調(diào)試及數(shù)據(jù)采集，具體關(guān)于Telos Rev. B在UC Berkeley大學(xué)發(fā)表的論文中有詳細(xì)介紹，這里就不在贅述。無線通信模塊3是整個(gè)設(shè)備的 核心部分，不但具有無線通信功能，還具有完備的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能，它還通過擴(kuò)展接口 32為其它模塊提供電源，并提供控制接口和信號(hào)處理接口。 信號(hào)放大模塊4，采用美國德州儀器生產(chǎn)的射頻前端CC2591芯片，能夠跟無線傳 輸模塊3的信號(hào)發(fā)射與接收部件進(jìn)行無縫連接，當(dāng)處于發(fā)送放大工作狀態(tài)時(shí)，它把無線通 信模塊發(fā)出的信號(hào)全部接收，經(jīng)過CC2591處理放大后，再以相同的頻率和相位發(fā)送到相同 的信道5中去；當(dāng)處于接收放大工作狀態(tài)是，它負(fù)責(zé)收集外界信道中相關(guān)信號(hào)，經(jīng)過CC2591 處理放大后，再發(fā)送給無線通信模塊的接收部件。為了能夠在程序中控制信號(hào)放大模塊的 工作狀態(tài)，無線通信模塊3包含有外部擴(kuò)展接口 32，信號(hào)放大模塊4通過該擴(kuò)展接口與微處 理器(MCU)31設(shè)置的多個(gè)通用1/0接口連接。該模塊完全符合IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，并且 與ZigBee協(xié)議兼容，能夠把2. 4GHz頻段的信號(hào)最大放大到22dBm。 簡單地說無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置由兩塊電路板和一個(gè)電源組成。兩塊電路板為 Telos板和擴(kuò)展板，Telos板就是按照上述開源的Telos Rev. B的標(biāo)準(zhǔn)制作的印刷電路板， 擴(kuò)展板是指上述的信號(hào)放大模塊4和甲烷傳感模塊2集成在一塊印刷電路板上構(gòu)成；電源 為一個(gè)電池裝置可提供2至3伏電壓的干電池盒，可設(shè)置為一個(gè)無蓋兩節(jié)5號(hào)干電池的電 池盒。 當(dāng)探測到甲烷濃度的模擬量由甲烷傳感模塊把這種模擬量發(fā)送給微處理器進(jìn)行
A/D轉(zhuǎn)換，并計(jì)算出瓦斯?jié)舛戎怠Ｓ捎陔娮悠骷南拗?，無線通信模塊發(fā)出的無線信號(hào)比較
弱，傳輸距離十分有限，信號(hào)放大模塊正是為了解決這一限制而設(shè)計(jì)，它能夠?qū)o線通信模
塊發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行一次放大，大大加強(qiáng)了無線信號(hào)的傳輸能力和抗干擾性。 以上結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技
術(shù)人員可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或變化，這些變更和變化應(yīng)落入本實(shí)用新型保護(hù)
的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于包括給裝置提供電源的電池裝置、甲烷探頭(1)、與該甲烷探頭連接的甲烷傳感模塊(2)、與該甲烷傳感模塊連接并可接收和發(fā)送信號(hào)的無線通信模塊(3)、可將該無線通信模塊發(fā)送的信號(hào)全部接收并放大的信號(hào)放大模塊(4)，該信號(hào)放大模塊與信息傳輸?shù)男诺?5)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述無線傳輸模塊(3)包含有信號(hào)發(fā)射與接收部件，該信號(hào)發(fā)射與接收部件與所述信號(hào)放大模塊(4)進(jìn)行無縫連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述無線通信模塊(3)包含有一可將甲烷傳感模塊的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的微處理器(31)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述無線通信模塊(3)包含有外部擴(kuò)展接口 (32)，所述信號(hào)放大模塊(4)通過該擴(kuò)展接口與所述微處理器(31)設(shè)置的通用1/0接口連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述無線通信模塊(3)包含有計(jì)算器和存儲(chǔ)器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述甲烷探頭(1)為MJC4/2. 5J煤礦甲烷檢測用載體催化元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述無線通信模塊(3) 為一種開源印刷電路板Telos Rev.B。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述信號(hào)放大模塊(4) 為射頻前端CC2591芯片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述電池裝置為一個(gè)可提供2至3伏電壓的干電池盒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其特征在于所述信號(hào)放大模塊(4)和甲烷傳感模塊(2)集成在一塊印刷電路板上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無線甲烷監(jiān)測傳感器裝置，其包括給裝置提供電源的電池裝置、甲烷探頭、與該甲烷探頭連接的甲烷傳感模塊、與該甲烷傳感模塊連接并可接收和發(fā)送信號(hào)的無線通信模塊、可將該無線通信模塊發(fā)送的信號(hào)全部接收并放大的信號(hào)放大模塊，該信號(hào)放大模塊與信息傳輸?shù)男诺肋B接，無線通信模塊包含有可進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的微處理器?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中模擬信號(hào)長距離傳輸容易受到干擾、探測結(jié)果不準(zhǔn)確、物力投入很大、探測范圍有限、成本高、安裝維護(hù)復(fù)雜等技術(shù)問題。
文檔編號(hào)G01N27/16GK201548511SQ200920205389
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者范輝 申請(qǐng)人:深圳市新元素醫(yī)療技術(shù)開發(fā)有限公司