一种深部巷道温度监测本安型无线传感节点制造技术

本实用新型专利技术公开了一种深部巷道温度监测本安型无线传感节点，包括本安型能量收集器、MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块，所述本安型能量收集器的输出端分别与MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块的输入端连接，用于对MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块供电，所述温度测量仪的一端接本安型能量收集器，用于测量巷道内的温度，另一端接无线传输模块，用于将测得的温度信号传递给无线传输模块。本实用新型专利技术采用温差能量捕获的供能方式，将温差能量捕获技术用于深部巷道温度监测的无线传感节点，使无线传感节点长期工作，避免了传统无线传感器节点因更换电池带来的不便、浪费和环境污染。

An intrinsically safe wireless sensor node for deep roadway temperature monitoring

The utility model discloses an intrinsically safe wireless sensor node for a deep tunnel temperature monitoring, including an intrinsic safety collector, a MCU control module, a temperature measuring instrument and a wireless transmission module. The output end of the intrinsic safety collector is connected with the input end of the MCU control module, the temperature measuring instrument and the wireless transmission module respectively. It is used to power the MCU control module, the temperature measuring instrument and the wireless transmission module. One end of the temperature measuring instrument is connected with an intrinsic safety collector, which is used to measure the temperature in the tunnel, and the other end is connected with the wireless transmission module to transfer the measured temperature signal to the wireless transmission block. The utility model adopts the energy supply mode of temperature difference energy capture, and applies the temperature difference energy capture technology to the wireless sensor node of the deep tunnel temperature monitoring, which makes the wireless sensor nodes work for a long time and avoids the inconvenience, waste and environmental pollution caused by the replacement of the batteries by the traditional wireless sensor nodes.

【技术实现步骤摘要】
一种深部巷道温度监测本安型无线传感节点
本技术涉及无线传感节点
，尤其涉及基于温差能量捕获的深部巷道温度监测本安型无线传感节点。
技术介绍
随着煤矿开采深度的不断增加，井下温度也随之增加，深井高温热害已经成为制约煤炭开采的重大问题之一，而矿井内热源有围岩散热、机电设备散热、风流自压缩等，其中围岩散热占57％，是矿井热害的主要来源。因此，监测深部巷道围岩温度，是研究煤矿深部巷道围岩与空气间的传热规律，改善深部巷道内这种极端环境的首要任务。无线传感器具有体积小、成本低、布置方便等特点，在煤矿巷道监测等方面得到了广泛的应用。无线传感器节点往往分布广泛，长期工作，但传统的无线传感器节点通过干电池或蓄电池供电，电能存储有限，要经常更换电池。然而在很多应用场景中，为无线传感器节点更换电池非常困难，甚至不可能做到，所以传统的供电方式已不能满足无线传感器节而点的能量需求。由于煤矿深部巷道岩石温度在35度以上，而采掘工作面的空气温度不高于26度，机电设备硐室的空气温度不高于30度，所以巷道内空气与巷道围岩之间存在明显的温度差异，因此在煤矿深部巷道内可利用温差能量捕获技术将热能转换成电能对设备供电。温差能量捕获技术是一种无污染、结构简单、寿命长的能量收集技术，有广阔的应用市场，将温差能量捕获技术用于深部巷道温度监测的无线传感节点上，可使无线传感节点长期工作，避免因经常更换电池带来的不便、浪费和环境污染。
技术实现思路
本技术根据现有技术的不足，为深部巷道温度监测提供一种成本低、使用寿命长、无污染、安全可靠的本安型无线传感节点。根据本技术实施例的深部巷道温度监测本安型无线传感节点，包括本安型能量收集器、MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块，所述本安型能量收集器的输出端分别与MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块的输入端连接，用于对MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块供电，所述温度测量仪的一端接本安型能量收集器，用于测量巷道内的温度，另一端接无线传输模块，用于将测得的温度信号传递给无线传输模块。在上述方案基础上，所述本安型能量收集器包括多个铠装热电偶、外保护套、两个法兰、接线盒、接线端子和本安型能量收集电路，所述外保护套的右端插入巷道围岩内并通过一法兰与巷道围岩固定，所述外保护套的左端焊接一法兰与接线盒相连，右端作为测量端，所述铠装热电偶径直穿入外保护套内，其冷端与接线端子相连，热端与外保护套的测量端端口齐平，所述接线端子固定在接线盒内使多个铠装热电偶串联，并引出两条补偿导线与本安型能量收集电路连接。在上述方案基础上，所述本安型能量收集电路包括DC/DC超低压升压器、DC/DC压升压器、运放A1、比较器U2、比较器U3、比较器U8、比较器U9、比较器U10、比较器U2、和场效应管Q1；所述比较器U2的输入端分别与电阻R2、电阻R3和接线端子的正极相连，比较器U2的输出端与或非门U4相连，比较器U2、电阻R2、电阻R3组成电压检测电路，用于过压保护，所述运放A1的同向输入端与电阻R7相连，反相输入端与电阻R5、电阻R6相连，输出端与比较器U3相连；所述比较器U8、比较器U9、比较器U10的同相输入端分别与电阻R19和电阻R20、电阻R21和电阻R22、电阻R23和电阻R24相连，反相输入端与2.2V的电压相连，输出端与或非门U4相连，所述比较器U8、比较器U9、比较器U10与电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24组成电压检测电路，用于输出端的过压保护；所述比较器U3的输入端分别与运放A1的输出端、2.2V电源相连，输出端与或非门U4相连，所述比较器U3与运放A1、电阻R5、电阻R6、电阻R7和2.2V电源组成电流检测电路，用于过流保护；所述比较器U2、比较器U3与运放A1、或非门U4和场效应管Q1组成电流、电压检测电路；所述铠装热电偶产生的电能通过电容Cin、变压器的初级线圈进入DC/DC超低压升压器的SW端口，Vout端口产生最大3.3V的电压输出用于对无线传输模块供电，Vstore端口产生最大5V电压输出用于对本安锂电池充电，本安锂电池储存用于MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块供电；所述DC/DC压升压器的Vcc端与DC/DC超低压升压器的Vout端口相连，将3.3V的电压升到9V，用于对温度测量仪供电。在上述方案基础上，所述MCU控制模块包括MCU、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4、运放A2、运放A3、比较器U5、比较器U6、光耦和本安锂电池；所述场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4用作开关，所述场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的漏极分别与5V、3.3V和9V的输入电压相连，源极分别与本安锂电池、无线传输模块和温度测量仪相连，栅极分别与MCU的P1和P2端口相连；所述运放A2的同向输入端与3.3V输入电压相连，反向输入端与电阻R8和电阻R9相连，输出端与比较器U5相连，用于将3.3V的电压放大到4.5V；所述运放A3的同向输入端接地，反向输入端与R10相连，输出端与比较器U6相连，用于将3.3V的电压变换到2.8V；所述比较器U5的输入端分别与本安锂电池和A1的输出端相连，输出端与MCU的P3端口相连，用于将锂电池的电压值与4.5V相比较；所述比较器U6的输入端分别与本安锂电池和运放A3的输出端相连，输出端与MCU的P4端口相连，用于将锂电池的电压值与2.8V相比较；所述光耦Q4的输入端与本安锂电池和电阻R12相连，输出端与本安锂电池、电阻R14和肖特基二极管D1相连，用于当没有输入电压时，使用本安锂电池对MCU控制模块、温度测量仪和无线传输模块供电；所述的MCU的VCC端与2.2V输入电压相连，P1、P2、P3、P4和P5端口分别与场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的栅极、比较器U5的输出端和比较器U6的输出端相连。本技术中，外保护套为圆柱形，长2200mm，外直径10mm，内直径8mm，材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti，一端焊接一个法兰与接线盒相连，另一端作为测量端。在靠近接线盒188mm(法兰厚度12mm)处焊接一个法兰用于将本安型能量收集器固定在巷道围岩上。所述的铠装热电偶共12个，径直穿入外保护套内，冷端与接线端子相连，热端与外保护套的测量端的端口齐平(即在外保护套内的12个铠装热电偶长度与外保护套长度相同)。所述的接线盒为100*100*100mm的方盒，每个面的厚度为2mm。上面中心处有外直径为10mm，内直径为8mm，高10mm的圆柱孔，用做出线孔；下面中心处有直径为10mm的圆孔，距圆孔圆心15.5mm处上下左右共4个直径为11mm的螺栓孔；左右两侧面有通风孔，通风孔为4行4列的直径为10mm的圆孔，相邻两个圆孔的圆心距为20mm；接线盒的前面可拆卸。所述的法兰的外径50mm，内径11mm，螺栓孔距31mm，螺栓直径11mm，4个螺栓孔，厚度为12mm。所述的接线端子，端子排列方式为4行6列，第一行和第三行端子从左到右依次交替接铠装热电偶的金属A和金属B，第二行和第四行从左到右依次交替接铠装热电偶的金属B和金属A。接线端子每一行的第2个端子与第3个端子相连，第4个端子与第5个端子相连，第一行的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深部巷道温度监测本安型无线传感节点，其特征在于：包括本安型能量收集器、MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)，所述本安型能量收集器的输出端分别与MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)的输入端连接，用于对MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)供电，所述温度测量仪(11)的一端接本安型能量收集器，用于测量巷道内的温度，另一端接无线传输模块(12)，用于将测得的温度信号传递给无线传输模块(12)。

【技术特征摘要】
1.一种深部巷道温度监测本安型无线传感节点，其特征在于：包括本安型能量收集器、MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)，所述本安型能量收集器的输出端分别与MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)的输入端连接，用于对MCU控制模块(10)、温度测量仪(11)和无线传输模块(12)供电，所述温度测量仪(11)的一端接本安型能量收集器，用于测量巷道内的温度，另一端接无线传输模块(12)，用于将测得的温度信号传递给无线传输模块(12)。2.根据权利要求1所述的深部巷道温度监测本安型无线传感节点，其特征在于：所述本安型能量收集器包括多个铠装热电偶(4)、外保护套(3)、两个法兰(2)、接线盒(1)、接线端子(6)和本安型能量收集电路(8)，所述外保护套(3)的右端插入巷道围岩(5)内并通过一法兰(2)与巷道围岩(5)固定，所述外保护套(3)的左端焊接一法兰(2)与接线盒(1)相连，右端作为测量端，所述铠装热电偶(4)径直穿入外保护套(3)内，其冷端与接线端子(6)相连，热端与外保护套(3)的测量端端口齐平，所述接线端子(6)固定在接线盒(1)内使多个铠装热电偶(4)串联，并引出两条补偿导线(7)与本安型能量收集电路(8)连接。3.根据权利要求2所述的深部巷道温度监测本安型无线传感节点，其特征在于：所述本安型能量收集电路(8)包括DC/DC超低压升压器(13)、DC/DC压升压器(14)、运放A1、比较器U2、比较器U3、比较器U8、比较器U9、比较器U10、比较器U2、和场效应管Q1；所述比较器U2的输入端分别与电阻R2、电阻R3和接线端子(6)的正极相连，比较器U2的输出端与或非门U4相连，比较器U2、电阻R2、电阻R3组成电压检测电路，用于过压保护，所述运放A1的同向输入端与电阻R7相连，反相输入端与电阻R5、电阻R6相连，输出端与比较器U3相连；所述比较器U8、比较器U9、比较器U10的同相输入端分别与电阻R19和电阻R20、电阻R21和电阻R22、电阻R23和电阻R24相连，反相输入端与2.2V的电压相连，输出端与或非门U4相连，所述比较器U8、比较器U9、比较器U10与电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24组成电压检测电路，用于输出端的过压保护；所述比较器U3的输入端分别与运放A1的输出端、2.2V电源相连，输出端与或非门U4相连，所述比较器U3与运放A1、电阻R5、电阻R6、电阻R7和2.2V电源组成电流检测电路，用于过流保护；所述比较器U2、比...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙彦景，王亮，芦楠楠，马占国，张晓光，华钢，李松，巩思园，李嫄源，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32