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)：
隨著礦山機械化程度的提高，掘進與采煤工作面的推進速度不斷加快，這對瓦斯 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?，F(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的方式，這種安裝和信號傳遞方式使其不能方便地隨 著采掘工作面的推進而跟蹤前進，并且不易在窄小的巷道布置瓦斯監(jiān)測點，存在監(jiān)測范圍 小、移動困難等問題，它對于移動性強的采掘作業(yè)環(huán)境缺乏適應(yīng)性。

實用新型內(nèi)容本實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)測點的問題，提供了一種主從式無線瓦斯傳感器系統(tǒng)。 本實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、主聲光報警電路、主顯示屏、主射頻通信芯片和CAN節(jié)點， 主瓦斯傳感器檢測單元的檢測信號輸出端連接主單片機的檢測信號輸入端，主單
片機的報警信號輸出端連接主聲光報警電路的報警信號輸入端，主單片機的瓦斯?jié)舛刃盘?br> 輸出端連接主顯示屏的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵?，主單片機的信號輸入輸出端連接主射頻通信
芯片的信號輸出輸入端，主單片機的監(jiān)控數(shù)據(jù)輸入輸出端連接CAN節(jié)點的監(jiān)控數(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、從聲光報警電路、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輸出端連接從單片機的檢測信號輸入端，從單
片機的報警信號輸出端連接從聲光報警電路的報警信號輸入端，從單片機的瓦斯?jié)舛刃盘?br> 輸出端連接從顯示屏的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵?，從單片機的信號輸入輸出端連接從射頻通信
芯片的信號輸出輸入端，從單片機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行數(shù)據(jù)相互傳輸。 本實用新型的優(yōu)點是 本實用新型采用射頻通信芯片通過無線通信協(xié)議組成對煤礦瓦斯?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而跟蹤前進，由于采用無線通信， 便于在窄小的巷道布置瓦斯監(jiān)測點，現(xiàn)場試驗表明，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是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是實施方式四中的主瓦斯傳感器檢測單
4元與主單片機的連接結(jié)構(gòu)框圖；圖3是實施方式五中的從瓦斯傳感器檢測單元與從單片機 的連接結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式具體實施方式
一 下面結(jié)合圖l說明本實施方式，本實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l-2、主聲光報 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1-6， 主瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢測信號輸出端連接主單片機1-2的檢測信號輸入 端，主單片機1-2的報警信號輸出端連接主聲光報警電路1-3的報警信號輸入端，主單片機
1- 2的瓦斯?jié)舛刃盘栞敵龆诉B接主顯示屏1-4的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵?，主單片機1-2的信號 輸入輸出端連接主射頻通信芯片1-5的信號輸出輸入端，主單片機1-2的監(jiān)控數(shù)據(jù)輸入輸 出端連接CAN節(jié)點1-6的監(jiān)控數(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2-2、從聲光報警電路
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的檢測信號輸出端連接從單片機2-2的檢測信號輸入 端，從單片機2-2的報警信號輸出端連接從聲光報警電路2-3的報警信號輸入端，從單片機 2-2的瓦斯?jié)舛刃盘栞敵龆诉B接從顯示屏2-4的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵?，從單片機2-2的信號 輸入輸出端連接從射頻通信芯片2-5的信號輸出輸入端，從單片機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?，會輸出瓦斯?jié)舛戎到o從單片機 2-2，從單片機2-2再將獲得的瓦斯?jié)舛人陀蓮娘@示屏2-4進行瓦斯?jié)舛葦?shù)值顯示，然后在 從單片機2-2內(nèi)部進行判斷其是否超限，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，則控制從聲光報警電路2-3進行報警，同時將超限濃度、從傳感系統(tǒng)2預(yù)設(shè) 的編號和數(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2-2每間隔一定時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除用于與上位機的通訊監(jiān)控，與從傳感系統(tǒng)2 —樣能夠?qū)崿F(xiàn)對所處 環(huán)境的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，同時主傳感系統(tǒng)l中主單片機l-2會通過CAN節(jié)點l-6接收來自上 位機的指令，實施瓦斯電閉鎖及對從傳感系統(tǒng)2進行巡檢控制。 從傳感系統(tǒng)2采用鋰電池電源2-6進行供電，可隨同采掘工作面的推進而進行跟 蹤監(jiān)測，使監(jiān)測點的設(shè)置地點更靈活。 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。
具體實施方式
二 本實施方式與實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)系與實施方式一相同。 本實施方式中的紅外瓦斯傳感器的檢測信號輸出端與主單片機l-2的UART接口
連接進行信號傳遞。
具體實施方式
三本實施方式與實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)系與實施方式二相同。 本實施方式中的紅外瓦斯傳感器的檢測信號輸出端與從單片機2-2的UART接口
連接進行信號傳遞。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與實施方式一的不 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的檢測信號輸出端連接主信號調(diào)理電路1-1-2的檢測 信號輸入端，主信號調(diào)理電路1-1-2的檢測信號輸出端為主瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢 測信號輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一相同。 主載體催化傳感器1-1-1檢測到瓦斯?jié)舛群螅瑫敵龃硗咚節(jié)舛戎档碾妷盒?號，該電壓信號經(jīng)過主信號調(diào)理電路1-1-2進行濾波和放大后，被主單片機1-2的帶A/D轉(zhuǎn) 換的通用I/O端口接收并完成對該電壓信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，主單片機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對應(yīng)的瓦斯?jié)舛葦?shù)值，同時在內(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進行 瓦斯?jié)舛葦?shù)值顯示，然后在主單片機1-2內(nèi)部進行判斷其是否超限，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，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，此時電橋失去平衡，即輸出代表瓦斯?jié)舛戎档碾妷盒盘枺撾妷盒盘柋粏纹瑱C接 收，并由單片機自帶的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。
具體實施方式
五下面結(jié)合圖3說明本實施方式，本實施方式與實施方式四的不 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的檢測信號輸出端連接從信號調(diào)理電路2-1-2的檢測 信號輸入端，從信號調(diào)理電路2-1-2的檢測信號輸出端為從瓦斯傳感器檢測單元1-1的檢 測信號輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實施方式四相同。 本實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。
具體實施方式
六本實施方式與實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1-2的電源輸入端。其它組成 及連接關(guān)系與實施方式三或五相同。 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)控的正常進行。
具體實施方式
七本實施方式與實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的控制信號輸入端連接主單片機1_2的控制 信號輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實施方式六相同。[0034] 主LED指示燈1-8由主單片機1_2進行控制，可用于指示主傳感系統(tǒng)1是否正常 工作。
具體實施方式
八本實施方式與實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的控制信號輸入端連接從單片機2_2的控制信號 輸出端。其它組成及連接關(guān)系與實施方式七相同。 從LED指示燈2-7由從單片機2_2進行控制，可用于指示從傳感系統(tǒng)2是否正常 工作。
具體實施方式
九本實施方式與實施方式一、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。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一、二、三、四、五、七或八相 同。 本實施方式采用多個從傳感系統(tǒng)2與主傳感系統(tǒng)1形成一個局域無線瓦斯監(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為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對礦井內(nèi)多處瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，擴大 了瓦斯監(jiān)測范圍。 主單片機1-2和從單片機2-2可選用宏晶公司的新一代高速/低功耗單片機 STC12C5412AD，該單片機采用單時鐘/機器周期，比普通8051單片機快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、ESD保護、抗4KV快速脈 沖干擾和寬電壓防電源抖動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(1-2)、主聲光報警電路(1-3)、主顯示屏(1-4)、主射頻通信芯片(1-5)和CAN節(jié)點(1-6)，主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號輸出端連接主單片機(1-2)的檢測信號輸入端，主單片機(1-2)的報警信號輸出端連接主聲光報警電路(1-3)的報警信號輸入端，主單片機(1-2)的瓦斯?jié)舛刃盘栞敵龆诉B接主顯示屏(1-4)的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵耍鲉纹瑱C(1-2)的信號輸入輸出端連接主射頻通信芯片(1-5)的信號輸出輸入端，主單片機(1-2)的監(jiān)控數(shù)據(jù)輸入輸出端連接CAN節(jié)點(1-6)的監(jiān)控數(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(2-2)、從聲光報警電路(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)的檢測信號輸出端連接從單片機(2-2)的檢測信號輸入端，從單片機(2-2)的報警信號輸出端連接從聲光報警電路(2-3)的報警信號輸入端，從單片機(2-2)的瓦斯?jié)舛刃盘栞敵龆诉B接從顯示屏(2-4)的瓦斯?jié)舛刃盘栞斎攵?，從單片機(2-2)的信號輸入輸出端連接從射頻通信芯片(2-5)的信號輸出輸入端，從單片機(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)的檢測信號輸出端連接主信號調(diào)理電路(1-1-2)的檢測信號輸入端， 主信號調(diào)理電路(1-1-2)的檢測信號輸出端為主瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號輸 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)的檢測信號輸出端連接從信號調(diào)理電路(2-1-2)的檢測信號輸入端， 從信號調(diào)理電路(2-1-2)的檢測信號輸出端為從瓦斯傳感器檢測單元(1-1)的檢測信號輸 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(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)的控制信號輸入端連接主單片 機(1-2)的控制信號輸出端。
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)的控制信號輸入端連接從單片機(2-2)的控制信號輸出端。
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。
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、主聲光報警電路、主顯示屏、主射頻通信芯片和CAN節(jié)點；從傳感系統(tǒng)包括從瓦斯傳感器檢測單元、從單片機、從聲光報警電路、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行數(shù)據(jù)相互傳輸。本實用新型用于煤礦瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測。
文檔編號G08C17/02GK201518012SQ20092031530
公開日2010年6月30日 申請日期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, 沈斌, 秦憲禮, 肖福坤 申請人:黑龍江科技學(xué)院