在比照常用瓦斯传感元件的基础上，挑选了OPTOSENSE公司最新出产的红外吸收式甲烷气体传感器MIPEX，规划了无线瓦斯传感器节点硬件电路。在ZigBee协议栈的基础上，规划节点软件程序。节点处于周期约为10 min的作业/休眠替换状况，在3节一般电池供电的情况下，从理论上估量其作业时刻可超越10年之久，是选用传统低功耗瓦斯传感元件所远远不能抵达的。
导言
瓦斯事端一直是煤矿安全出产的首要要挟。尽管近些年来，瓦斯监测技能不断发展，但瓦斯爆炸事件仍一再发生。国内外现有的煤矿安全监测体系均是选用有线衔接方法，具有很大的局限性。由于传感器选用有线衔接，这使其首要被约束在主矿道中使用。而在高瓦斯浓度的采煤作业面处，由于煤矿的不断挖掘，作业面各种大型设备需求不断地推动，设备之间的彼此方位也不断地发生改变，有线监测网络不能及时跟进矿道的改变，然后形成监测盲区。将无线传感器网络使用于瓦斯安全监测体系中，与现有有线监测网络相结合，构建一个更为全面的井下瓦斯监测体系，将有助于改进现在瓦斯监测领域中存在的问题。
在这样的体系中，传感器网络节点选用电池供电，其能量十分有限。但是常用低功耗瓦斯传感元件的功耗高达数百mW.怎么下降节点能耗是无线瓦斯监测网络所要处理的关键问题。
1硬件电路规划
表1列出了现在常用低功耗瓦斯传感元件及其首要目标。从表中可以看出，常用低功耗瓦斯传感器的功耗都在100mW以上，这关于由电池供电的无线传感器节点来说是十分晦气的。而且表中所列传感元件都有必定的呼应时刻，即传感元件供电后，需求等候其呼应一段时刻，才干正确地反映瓦斯浓度信息。较长的呼应时刻约束了无线瓦斯传感器节点每次收集数据时的作业时刻不能太短。例如，TP-1.1A非加热甲烷气体传感器的呼应时刻挨近20 s.假如瓦斯传感器节点选用该传感元件，当其收集一次数据时，从给传感器供电开端，前20 s收集数据是没有意义的，由于这时传感元件处于呼应阶段，其电压值不能精确地反映实践瓦斯浓度信息。因而每收集一次数据，给传感元件供电的时刻至少继续20 s以上。关于如此高功耗的传感元件来说，收集一次数据所耗费的能量是十分巨大的。这使得所规划的无线瓦斯传感器节点的作业时刻过短，致使不能抵达实用化要求。
在无线传感器节点的规划中，还存在一个问题，即传感元件的作业电压与节点电路中微处理器及无线收发电路作业电压不一致。假如节点中不同模块的供电电压不同，则电路需求进行电压转化。而不同电压的转化将会添加电路规划的复杂度，然后使得节点能耗添加。
俄罗斯OPTOSENSE公司出产的红外吸收式甲烷气体传感器MIPEX选用非色散红外技能（NDIR）原理进行规划，其光源选用非传统的节能LED光源。该光源体系选用了先进的算法发生优化的辐射光谱，光线经过布满甲烷的光学体系后抵达含有硒化铅和硒化镉的光敏二极管上，然后对甲烷浓度进行监测。传感器内置温度传感器，而且内部集成信号处理和温度补偿体系，自行输出数字信号。数字信号可以有效地防止外部环境对其输出信号的影响。传感器输出的数字信号遵从UART格局。
本文所选用的无线收发芯片是CC2430，电源选用电池组供电。跟着电池能量的耗费，电池组输出的电压改变较大，很简单超出传感元件所要求的作业电压规模，因而需求挑选适宜的稳压器材，给传感器元件和无线收发电路供给安稳的作业电压。首要考虑如下：①节点拟选用3～4节5号电池供电，即关于稳压器材来说，其输入电压规模为4.5～6 V；②MIPEX传感器作业电压规模为3～4.5 V，而CC2430无线收发芯片的作业电压范嗣为2～3.6 V，这儿将两者电压一致挑选为3.3 V，这就要求稳压器输出电压为3.3 V；③无线收发模块最大作业电流为27mA，MIPEX传感器均匀作业电流为1 mA，所以要求所挑选的稳压器材能供给不低于28 mA的输出电流；④所挑选的稳压器材静态时的作业电流必定要尽或许小，以便节约能量。
考虑到一起满意以上4点要求，本文挑选了深圳明和科技公司出产的低压差线性稳压器MH5333.它的输入电压最高可达10V，输出电压为3.3V；最大输出电流达500mA，静态电流为1μA.可见MH5333稳压器材能较好地满意上述要求。
由3～4节5号电池串联作为稳压器MH5333的输入，其输出（3.3 V）为无线收发电路和传感器元件供给电源。无线收发电路与传感器元件之间经过串口进行数据传输。CC2430的引脚P0.0和P0.1别离衔接了一个LED灯，便利后边调试程序及调查程序的执行情况。为了下降能耗，这儿选用CC2430的一个引脚操控MIPEX传感器的电源。MIPEX传感器对其电源的要求是电源电压在3～4.5 V规模内，输出功率在0.02～0.25 W.CC2430的P1.0和P1.1两个引脚可以供给20 mA的驱动电流，可见CC2430的P1.0和P1.1两个引脚的输出功率可以满意这一要求。这儿挑选CC2430的P1.0引脚操控MIPEX传感器的电源。甲烷传感器MIPEX的TXD和RXD引脚别离衔接CC2430的P0.2和P0.3引脚，即衔接到CC2430的异步串行接口0的RXD和TXD端。
