甲烷含量wsn傳感器節(jié)點(diǎn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，包括紅外氣體傳感器及其信號調(diào)理電路、光源驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警器及報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路和無線微控制器，紅外氣體傳感器與紅外氣體傳感器中的光源連接，光源驅(qū)動(dòng)電路、信號調(diào)理電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路均分別連接到無線微控制器的一個(gè)I/O端口，還包括置于所述紅外氣體傳感器內(nèi)的溫度傳感器，溫度傳感器通過差動(dòng)放大器連接到信號調(diào)理電路。本實(shí)用新型將溫度傳感器內(nèi)置于紅外探測器內(nèi)部對環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，無需人為校正，具有測量范圍寬、精度和靈敏度高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)及功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，使用方便，維護(hù)成本低，軟件系統(tǒng)可及時(shí)更新，適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，尤其是甲烷含量WSN傳感器節(jié)
[0002]點(diǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]天然氣的主要成分是甲烷，甲烷是工業(yè)領(lǐng)域和城市煤氣中的爆炸成分，對周圍環(huán)境中的甲烷氣體進(jìn)行早期安全檢測是十分必要的。家居中人們很少重視氣體的含量，也就無從知道環(huán)境中天然氣的含量，所以為了保證家人的生命財(cái)產(chǎn)安全，防止明火引發(fā)爆炸，必須能監(jiān)測到房間內(nèi)天然氣的含量。
[0004]甲烷含量檢測的方法主要有兩類:一類是利用甲烷濃度和光的折射率的關(guān)系用干涉法測量，另一類是利用甲烷氣體的光譜吸收特性檢測甲烷濃度。干涉型傳感器需經(jīng)常調(diào)校，易受其他氣體的干擾，其可靠性及穩(wěn)定性均較差，而光譜吸收法目前技術(shù)相對成熟。近年來，由于光纖及光電探測技術(shù)的發(fā)展，光纖可以實(shí)現(xiàn)信號的長距離傳輸，而且光纖傳感所用的光功率較低，相對安全，所以傳感頭可以放入有毒、高溫及易燃易爆氣體放等惡劣環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的安全實(shí)時(shí)遙測。
[0005]目前，大部分空氣中天然氣含量即甲烷含量檢測傳感器，易受惡劣環(huán)境影響，采集精度差，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重，隔一段時(shí)間需人為校正，既增大了維護(hù)成本，又降低了測量精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是為克服目前甲烷含量檢測傳感器易受惡劣環(huán)境影響、零點(diǎn)漂移嚴(yán)重、測量精度低及維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]提供一種甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，包括紅外氣體傳感器及其信號調(diào)理電路、光源驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警器及報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路和無線微控制器，紅外氣體傳感器與紅外氣體傳感器中的光源連接，光源驅(qū)動(dòng)電路、信號調(diào)理電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路均分別連接到無線微控制器的一個(gè)I/o端口，還包括置于所述紅外氣體傳感器內(nèi)的溫度傳感器，溫度傳感器通過差動(dòng)放大器連接到信號調(diào)理電路。
[0009]所述紅外氣體傳感器包括米樣氣室和伸入米樣氣室內(nèi)位于米樣氣室一內(nèi)壁上的光源，米樣氣室一側(cè)壁上分別設(shè)有氣體入口和出口，米樣氣室另一與光源所在內(nèi)壁對稱的內(nèi)壁上設(shè)有測量濾光片和參考濾光片，光源通過測量濾光片后輸出測量信號GAS，光源通過參考濾光片后輸出參考信號REF。
[0010]所述信號調(diào)理電路包括同相放大器一、同相放大器二、除法器、二階濾波器、同相加法器和跟隨器，所述測量信號GAS連接到同相放大器一的輸入端，所述參考信號REF連接到同相放大器二的輸入端，同相放大器一和同相放大器二的輸出端均連接到除法器的輸入端，除法器的輸出端連接到二階濾波器的輸入端，二階濾波器的輸出端和所述差動(dòng)放大器的輸出端分別連接到同相加法器的兩個(gè)輸入端，同相加法器的輸出端連接到跟隨器的輸入端，跟隨器的輸出端連接到所述無線微控制器的一個(gè)I/o端口。
[0011 ] 所述溫度傳感器為硅二極管。
[0012]本實(shí)用新型采用ZigBee技術(shù)及JN5139無線混合信號微控制器，從WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))的基本單元出發(fā)，采用紅外吸收型氣體傳感器采集數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了基于JN5139無線微控制器的具有全功能設(shè)備(FFD)的靈活多變、性能優(yōu)越的空氣中天然氣含量傳感器節(jié)點(diǎn)，為組建高性能的WSN做了基礎(chǔ)性的工作，系統(tǒng)配置靈活，具有路由和節(jié)點(diǎn)定位功能，節(jié)約能耗，無需很大改動(dòng)便可以應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。本實(shí)用新型將溫度傳感器內(nèi)置于紅外探測器內(nèi)部對環(huán)境溫度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，無需人為校正，具有測量范圍寬、精度和靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)及功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，使用方便，維護(hù)成本低，軟件系統(tǒng)可及時(shí)更新，適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型原理框圖；
[0014]圖2為紅外吸收型氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3為信號調(diào)理電路原理框圖；
[0016]圖4為溫度傳感器及其差動(dòng)放大器電氣原理圖；
[0017]圖5為同相放大器一電氣原理圖；
[0018]圖6為同相放大器二電氣原理圖；
[0019]圖7為除法器電氣原理圖；
[0020]圖8為二階濾波器電氣原理圖；
[0021]圖9為同相加法器電氣原理圖。
[0022]圖中:1.JN5139無線微控制器，2.紅外氣體傳感器，3.信號調(diào)理電路，4.溫度傳感器，5.差動(dòng)放大器，6.光源驅(qū)動(dòng)電路，7.報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路，8.聲光報(bào)警器，9.同相放大器一，10.同相放大二，11.除法器，12.二階濾波器，13.同相加法器，14.跟隨器，15.采樣氣室，16.光源，17.氣體入口，18.氣體出口，19.測量濾光片，20.參考濾光片，21.測量信號GAS端子，22.參考信號REF端子。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0024]如圖2所示，待測氣體從氣體入口 17進(jìn)入采樣氣室15，從氣體出口 18流出采樣氣室15，氣體對光源16發(fā)出的紅外線有所吸收，光源經(jīng)采樣氣室15、測量濾光片19和參考濾光片20后從測量信號GAS端子21和參考信號REF端子22輸出兩路光信號，即測量信號GAS和參考信號REF ;如圖3所不,測量信號GAS輸入同相放大器一 9,參考信號REF輸入同相放大器二 10，同相放大器一 9和同相放大器二 10的輸出信號均輸入到除法器11，除法器11的輸出信號輸入到二階濾波器12, 二階濾波器12的輸出信號和差動(dòng)放大器5的輸出信號均輸入到同相加法器13，同相加法器13的輸出信號輸入到跟隨器14，跟隨器14的輸出端連接到高性能、低功耗SOC模塊JN5139型無線微控制器I的一個(gè)I/O端口 ；如圖1所示，紅外氣體傳感器2采用紅外吸收型氣體傳感器IR32BC，其信號輸入端經(jīng)光源驅(qū)動(dòng)電路6連接到無線微控制器I的一個(gè)I/O端口，紅外氣體傳感器2輸出的采樣信號經(jīng)信號調(diào)理電路3連接到無線微控制器I的一個(gè)I/o端口，即圖3中跟隨器14所連接的那個(gè)I/O端口 ；如圖4所示，溫度傳感器4采用硅二極管，其采樣信號經(jīng)差動(dòng)放大器5后連接到信號調(diào)理電路3中同相加法器13的一個(gè)輸入端，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度補(bǔ)償；聲光報(bào)警器8通過報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路7連接到無線微控制器I的一個(gè)I/O端口。
[0025]圖4-圖9中運(yùn)放型號均為0P07，除法器11實(shí)現(xiàn)比值運(yùn)算，根據(jù)朗伯-比爾定律，兩路信號都與當(dāng)前光強(qiáng)成正比，假設(shè)兩路信號通道的比例因子分別為&和k2，對于氣體測量信號:GAS Ii1Ic^aa,對于參考信號:REF Ii2Itl,其中，Itl表不氣體吸收后的透射光強(qiáng)，a表示吸收系數(shù)，C表示待測氣體濃度，L表示光路長度，即光線在待測氣體中穿過的有效路徑長度。由于光強(qiáng)很難準(zhǔn)確測量，為了消除光強(qiáng)因子的影響，對測量信號GAS和參考信號REF求比值，從而消除了光源的影響，提高了測量的準(zhǔn)確性。除法器11的輸出信號輸入二階低通濾波器12，二階低通濾波器12的輸出信號輸入同相加法器13，與來自溫度傳感器差動(dòng)放大器5的信號實(shí)現(xiàn)加法運(yùn) 算，補(bǔ)償溫度帶來的誤差。
【權(quán)利要求】
1.一種甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，包括紅外氣體傳感器及其信號調(diào)理電路、光源驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警器及報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路和無線微控制器，紅外氣體傳感器與紅外氣體傳感器中的光源連接，光源驅(qū)動(dòng)電路、信號調(diào)理電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路均分別連接到無線微控制器的一個(gè)I/o端口，其特征在于: 還包括置于所述紅外氣體傳感器內(nèi)的溫度傳感器，溫度傳感器通過差動(dòng)放大器連接到信號調(diào)理電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于: 所述紅外氣體傳感器包括米樣氣室和伸入米樣氣室內(nèi)位于米樣氣室一內(nèi)壁上的光源，采樣氣室一側(cè)壁上分別設(shè)有氣體入口和出口，采樣氣室另一與光源所在內(nèi)壁對稱的內(nèi)壁上設(shè)有測量濾光片和參考濾光片，光源通過測量濾光片后輸出測量信號GAS，光源通過參考濾光片后輸出參考信號REF。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于: 所述信號調(diào)理電路包括同相放大器一、同相放大器二、除法器、二階濾波器、同相加法器和跟隨器，所述測量信號GAS連接到同相放大器一的輸入端，所述參考信號REF連接到同相放大器二的輸入端，同相放大器一和同相放大器二的輸出端均連接到除法器的輸入端，除法器的輸出端連接到二階濾波器的輸入端，二階濾波器的輸出端和所述差動(dòng)放大器的輸出端分別連接到同相加法器的兩個(gè)輸入端，同相加法器的輸出端連接到跟隨器的輸入端，跟隨器的輸出端連接到所述無線微控制器的一個(gè)I/O端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的甲烷含量WSN傳感器節(jié)點(diǎn)裝置，其特征在于: 所述溫度傳感器為硅二極管。
【文檔編號】G01N21/35GK203396701SQ201320399140
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】楊鵬, 范曉勇, 張立, 張?jiān)粹? 周洋 申請人:揚(yáng)州大學(xué)