煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现

2010-12-06 18:38:51来源: 互联网 关键字:  无线传感器网络  节点  瓦斯气体传感器  远程监控
  瓦斯气体浓度是煤矿监控系统的重要指标之一,目前绝大多数矿用瓦斯气体传感器设备都采用有线方式传输信号,即采用光缆、电力线缆或信号线缆等。但这种传统的有线布设方式存在着本质的缺陷[1]部线繁琐、线路依赖性强、安装部设维护成本较大等。矿井一旦出现事故,特别是发生爆炸事件时,传感器设备及线缆往往会受到致命的破坏,不能为搜救工作及事态检测提供信息。

  把无线传感器网络应用到煤矿监控系统中,通过各种传感器实时采集矿井的环境信息,由嵌入式系统对其进行处理,通过自组织无线网络以多跳中继方式将信息传输到井外的监控终端,能够弥补有线设备的缺陷,具有价廉、便携可靠性高、易于校正等优点。本文设计并实现了煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点系统。

  1 煤矿瓦斯报警无线传感器网络

  如图1所示,整个网络由瓦斯传感器网络节点群、接收发送基站、互联网和监控终端构成[2~3]。由多个瓦斯传感器网络节点在矿井内形成自组网,某个节点的采集数据可以通过多跳中继方式发送到井外接收发送基站,再通过串口发送到本地或远程PC机上,实现实时监控。瓦斯传感器网络节点作为整个网络的基本组成部分,不仅能够进行瓦斯浓度、温湿度信号的采集处理,还能够在节点之间组网,进行节点定位和无线收发。节点系统提供信息的本地液晶显示。

煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现

  2 瓦斯传感器网络节点硬件系统设计

  瓦斯传感器网络节点系统的硬件框图如图2所示,主要包括LXK-3瓦斯传感器、SHT11温湿度传感器、PPD4NS粉尘传感器模块、 ATmega128L单片机、CC1000无线收发芯片液晶显示模块等。

  2.1 瓦斯传感器模块

  2.1.1 瓦斯传感器的工作原理

  目前检测瓦斯浓度的方式有光干涉、气敏半导体载体催化、电化学和红外吸收[4]等,经过几十年的研究,载体催化元件逐步成熟并占据了矿井瓦斯和多种可燃可爆气体检测领域的首位。其检测原理为:由带催化剂的检测元件和不带催化剂的补偿元件及相应的匹配电阻组成电桥,瓦斯浓度变化时检测元件电阻值改变,影响电桥平衡,从而可以检测环境中瓦斯浓度变化。

  2.1.2 LXK-3及其信号调理

  本文采用中国船舶重工集团公司第七一八研究所的LXK-3催化元件。该系列元件是一种广谱性的气敏元件,适用于天然气、液化石油气和城市煤气等多种可燃气体的检测和报警。图3为LXK-3在系统中的应用电路,其差分输出电压反映了瓦斯的浓度变化,直接作为模数转换器的差分输入通道(ADC3、ADC2)。LXK-3的输出电压范围为-50~50mV,而参考电压选择单片机的片内基准电压2.56V,因此对差分电压放大50倍比较合适。ATmega128的ADC放大倍数只有三种选择:1x、10x、200x,为了提高精度,采用外部放大器模拟开关相结合的工作方式,由单片机控制模拟开关,采用10x、50x、200x三个档位。

煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现

  由于LXK-3对电源要求比较高(2.8±0.1V),而本系统采用电池供电,电压不够稳定,因此采用输出电压可通过电阻R2调节的专用电源芯片LP3965对其供电。由LP3965的电阻-电压公式可    以确定电阻R2的值,即R2=R1(煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现-1),VOUT=2.8V, R2=13kΩ。

  

[1] [2] [3]

关键字:  无线传感器网络  节点  瓦斯气体传感器  远程监控

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/1206/article_3303.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:高层建筑火灾预警系统亟待解决的问题
下一篇:家居安防应注意 家庭防盗步入预警时代

论坛活动 E手掌握
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
无线传感器网络
节点
瓦斯气体传感器
远程监控

小广播

独家专题更多

2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved