矿井下无线瓦斯传感器探究

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1、矿井下无线瓦斯传感器探究　　摘要针对当前煤矿井下固定瓦斯传感器不能非常便捷地随着煤矿采掘工作面地推进而跟踪前进与不易在狭窄的巷道布置瓦斯监测点等方面的问题，本研究主要提出了一种基于射频通信的无线瓦斯传感器的解决方案，主要对其设计进行了研究，旨在为提高煤矿井下瓦斯监测能力提供一种技术支持。关键词煤矿；井下；无线射频瓦斯传感器中图分类号TD82文献标识码A文章编号1674-6708（2013）101-0093-02煤矿中最初使用的传感器主要有两种形式，即固定安装、有线传输，不仅监测范围十分的狭窄，而且，难以自由移动，完全不适应本身具有较强移动性特点的采掘作业。所以，应摒弃这些传统

2、的方式，充分运用无线瓦斯传感器，其除了能实时跟踪工作面的运行情况外，同时，还能够在面积较小的巷道内安排瓦斯监测点，实现了全面监测，从而有效防止或降低了煤矿瓦斯事故的发生。1无线传感器网络5无线传感器网络主要由诸多的分布普遍、通信与计算能力高的微小传感器节点而最终构成，以无线通信方式为主而构建的一个自治网络系统。相较于传统的网络，尽管传感器网络有相似的地方，但同时也有些特殊之处。具体有三方面的特殊性，以下进行一一介绍：1）自组织网络；传感器网络中，一般会将传感器节点布置在无网络设施的较差的外界环境中，所以，网络必须做到在极其复杂的环境中进行网络路由的重组。网络节点可充分利用分配

3、协议与分布式算法使自身配置得以恢复，同时，实施通信链路的的构建；2）动态拓扑网络；从传感器网络的特征角度上看，传感器节点实际中常常会因为诸多因素出现故障而丧失了应有的作用。比如，在作业与睡眠状态间进行切换，消耗掉所有电能，新传感节点的加入等等。所以，传感器网络的拓扑结构会常常出现一些变化，致使传感节点通信不稳定，一会断开一会通畅，网络处于动态变化状态；3）节能网络；传感器节点具有微型化特点，节点存在有限的电池能量，并且，会不同程度上受物理条件的限制，很难更换节点电池，所以，导致节点出现间歇式作业。在没有事情可做的情况下，节点会进入睡眠状态，当基于外部执行或者定时时，再及时将其

4、唤醒。2无线射频瓦斯传感器2.1硬件设计5首先介绍的是用瓦斯对电路进行检测，导致催化元件产生催化反应（无焰燃烧），出现高温。实际检测过程中，主要采用了最常用的煤矿瓦斯气体检测元件，运用惠斯登电桥这一核心电流。在无任何污染的空气中，电桥处于平衡状态，而一旦空气中含有瓦斯气体，电桥与其相碰将直接阻值发生一定的变化，电桥的平衡状态被打破，进而发射电压信号，并且，所发射的电压信号会经放大后与A/D进行转换，再由单片机予以接收。实际中，在放大电压信号时，应科学合理的选择有效的放大器如LMV358进行，明确相应的电阻，将放大倍数大致控制在20倍，从而有效规避因放大比例的不断增大而使模/数

5、（A/D）转换后产生的数值单片机难以第一时间进行全面处理。模数/转换直接通过单片机中的模/数转换口完成，一定程度上缩小了外围电路数量，从而使得整个系统的集成度有了较好的提升。5其次围绕着单片机控制系统进行介绍；主要从两方面着手进行：主从传感器和从传感器。当A/D转换值被单片机接收之后，会采用LED显示器将所得数据全面显示，并且，准确判定有没有高出预设值，如果高出预设值就会实施声光报警。在主传感器方面，会采用CAN节点直接把报警信息输送到监控中心中；从传感器在将诸多的数据（瓦斯浓度数据、通信地址等）输送至无线发射模块中时，通常会以SPI口来实现。然后，无线数据传输再进行超限信号

6、的输送，与此同时，主传感器会第一时间接收此超限信号并将其送至专门的监控系统中。为了合理使用从传感器，应在同一时间内的报警中，时刻注意有无超限情况，若有，要及时保存好现阶段所产生的浓度数据，并将其当做和下次超限浓度相较的一个值，方可开展超限浓度信号的发射工作，从而降低无线发射能耗率。2.2软件设计无线射频瓦斯传感器软件的功能作用是及时有效处理瓦斯检测浓度数据，具体涵盖了浓度显示、浓度判断等优势。实际操作的环节有初始化CPU寄存器、优化配置AD寄存器、优化配置nRF905寄存器等。要想提高检测数据的准确性，应通过中值滤波法有效处理经AD转换完成的瓦斯浓度数据，也就是每次取十个值，

7、并舍去最大值与最小值，取剩下的八个转换值的平均值。如果瓦斯浓度比预设值要高，会在正常显示下实施声光报警，同时，通过nRF905寄存器将超限信号发射。对于主传感器系统软件，应新添无线接收以及同一监控中心通信功能，下图是主传感器软件流程：2.3通信设备无线通信的优势之处是能够发射与接收。当瓦斯检测数据被单片机接收后，断定其有无超限，如果存在超限应及时采用SPI接口把需要输送的通信地址、从传感器标号以及浓度数据归列到nRF905中，然后，发送数据包。当主传感器中的nRF905将有价值的数据全部接收后，会出现较