井下無線瓦斯傳感器及其應用研究
應用技術
作者：張新東 李濤 趙發諾
摘 要 煤炭生產過程中經常會發生瓦斯事故，嚴重的威脅到了職工們的生命財產安全，也阻礙了煤炭行業的發展。所以，應積極研發出針對瓦斯的無線檢測傳感器，防止瓦斯事故的發生。本文首先概述了無線傳感器網絡的原理及其結構，其次，對煤礦井下無線瓦斯傳感器的應用進行了分析研究。
關鍵詞 煤礦；井下；無線瓦斯傳感器
中圖分類號TD712 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）109-0180-02
現階段，有不少煤礦流量監測監控係統實際使用的是有線與固定傳感器相結合的一種網絡，該網絡要求必須在礦井內部敷設通信線路以進行檢測信息的傳遞。然而，實際生產時，由於礦井結構的變化多端以及部分坑道空間的窄小，對通信線路的延伸及其維護有了越來越高的要求。如果通信鏈路出現故障問題，那麼，將直接導致整個流量監測監控係統無法正常運行，大大削弱了係統的性能可靠性。
1 無線傳感器網絡的原理及其結構
1.1原理
無線傳感器主要是通過諸多的能和物理環境彼此間交互，同時，涵蓋數據處理功能及無線通信功能的一種全新的傳感器構成的互連係統，對於一些繁瑣的監控任務，此係統能夠及時有效完成。本文所述的傳感器並非隻是單純的來收集物理信號，然後，轉化成數字信號的傳感器，其主要把傳感器模塊、數據處理模塊以及無線通信模塊全部彙集到一塊較小的物理單元上，相較於傳統的傳感器，其功能繁多，除了可以感知環境信息外，還發揮著數據處理與無線通信的功能作用。我們把此類傳感器節點全麵的分散在某一特定環境裏，采用無線通信的方式來有效連接，從總體上形成了一個具有特殊性質的網絡。所有節點都有自己控製的一個區域，充分利用聲學光學設備、電磁感應裝置等各種感知設備實施監督控製其附近的物理環境。
1.2結構
無線傳感器網絡沒有固定的結構，針對應用場合實施相應的結構。不過整體而言，無線傳感器網絡有硬件層與軟件層兩種。其中，硬件層的作用是合理控製傳感器，比如，控製數據的接收、轉換以及無線通信電路。軟件層的作用是在硬件層的基礎上發揮通信協議、能耗管理、通信頻道管理等功能作用。對於部分較為繁瑣的無線傳感器網絡，可將硬件層與軟件層分成若幹個層，比如，把軟件層分為路由層、鏈路層等。此外，無線傳感器網絡具有諸多的拓撲結構，實際使用較多的有星形結構和網狀結構。其中，基於星形結構的無線傳感器網絡主要通過專用中心服務節點對整個網絡的數據傳輸及其運作進行處理；基於網狀結構的無線傳感器網絡能夠使網絡各傳感器節點間進行點對點的傳輸。所以，相比之下基於網狀結構的無傳感器網絡略勝一籌，不過其結構十分的繁瑣、需要花費大量的成本。
2 煤礦井下無線瓦斯傳感器的應用
2.1硬件設計
首先是微處理器模塊；實際中主要將A Tmegal28L單片機當做節點的微處理器。A Tmegal28L以精簡指令集結構為首選，具備了哈佛總線的存儲器結構、單周期指令以及兩級流水線指令結構等各項技術，使得係統運行效率得到大大提升。與此同時，還根據單片機具體應用特征，設置了功耗、驅動能力和外圍模塊等，是一種實用性較高的單片機。A Tmegal28L有以電池供電的無線傳感器網絡應用所需的核心功能，涵蓋了納瓦功耗管理、先進的模擬、控製和通信外設等內容，將A Tmegal28L與射頻收發器CC2430有機的融合起來，能夠獲得集成性好、價低質優的節點。