基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的瓦斯?jié)舛炔杉岸穗娐吩O(shè)計

　　瓦斯?jié)舛?/strong>采集前端：在研究綜合型應(yīng)用平臺，主要避免因瓦斯?jié)舛冗^高帶來的災(zāi)害，因此瓦斯監(jiān)測的準(zhǔn)確性十分重要，故而選擇合適的瓦斯采集傳感器尤為重要。從多方面考慮后，瓦斯?jié)舛?strong>采集模塊選用中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所最新研制的MJC4/3.0L載體催化元件，以下是用于煤礦系統(tǒng)中瓦斯?jié)舛炔杉膫鞲衅?strong>電路設(shè)計。瓦斯傳感器硬件接口示意圖如圖2所示。

　　圖2 瓦斯傳感器的硬件接口示意圖

　　瓦斯傳感器采用熱催化式瓦斯傳感器，內(nèi)部含有載體催化元件。若探頭氣室內(nèi)無瓦斯氣體，電橋保持平衡，此時沒有信號輸出。反之，則失去平衡，輸出一個電信號，該信號與瓦斯氣體濃度成正比。由于監(jiān)測信號的值比較小，只有mV級大小，所以要經(jīng)儀表放大器AD623進(jìn)行放大，然后再送入CC2430微處理器的P0_0模擬通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。CC2430微處理器將經(jīng)過運算后的數(shù)據(jù)通過RF射頻模塊進(jìn)行無線傳輸。

　　載體催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作，電橋的兩個臂由一個檢測元件和一個補償元件組成。Rc為補償元件，Rd是催化傳感元件，這是一個典型的惠斯通電橋。由穩(wěn)壓源提供3.0V電源，將Rd和Rc放置 同一監(jiān)測環(huán)境中。在沒有瓦斯的空氣狀態(tài)中，Rd=Rc，輸出端信號電壓Uout= 0；如果空氣中有瓦斯氣體存在時，在補償元件阻值不變的情況下，催化傳感元件的表面發(fā)生無焰催化燃燒，且阻值隨溫度上升而增加到 Rd+Rd，從而使電橋失去平衡。其工作原理如圖3所示。

　　圖3 基本測試電路

　　當(dāng) 采用恒壓 源進(jìn)行 供電 時，輸 出不 平 衡 電 壓如下：

　　（1）

　　則有：

　　（2）

　　Rd與敏感元件的結(jié)構(gòu)尺寸、性質(zhì)、材料等有關(guān)。因此，在理想情況下，電橋輸出的電壓信號與空氣中的瓦斯?jié)舛瘸烧?，在一定濃度測量范圍內(nèi)，輸出電壓信號與瓦斯?jié)舛瘸示€性輸出。