一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块制造技术

一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块，它包括气体传感器采集前端、无线通信单元和电源管理单元；气体传感器采集前端主要由气体传感器和信号放大单元组成；气体传感器为MGS1100型一氧化碳传感器；信号放大单元主要由仪表放大器和可调电阻器RP构成；无线通信单元内部集成有无线射频前端、微处理器和AD转换器；气体传感器采集前端的输出口与AD转换器的模拟输入口相连接，AD转换器的数字输出口与微处理器的输入口相连接，微处理器的输出口与无线射频前端的输入口相连接。本实用新型专利技术具有电路结构简单、体积小、检测精度较高，并且能够实现工业级远距离无线传输的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块
本技术涉及一种一氧化碳浓度监测系统，具体是一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测系统，属于检测与控制

技术介绍
无线传感器网络(wirelesssensornetwork,WSN)由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。WSN的目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息。它对通信、微电子、智能仪表等诸多产业有巨大的促进和辐射作用，对全球产业结构深度调整、经济发展方式转变有重要的现实意义，世界各国都非常重视其发展和应用。在WSN的发展中，无线数据传输起核心作用，其技术先进性决定了WSN应用的深度和广度。在考虑WSN网络特征的基础上，WSN对数据协作传输的需求主要归纳为如下几个方面：①传输可靠性；②低能耗；③低复杂度。此外，无线传感器网络中各类传感器监测节点的设计也是影响整个传感器网络性能表现的重要方面。由于无线传感器网络中存在大量的传感器节点，因此往往需要通过硬件设计使得节点电路具有体积下、检测精度较高、功耗低，并且能够实现检测数据工业级远距离无线传输的特点。例如，CO传感器节点就是工业生产中一个重要的的用于无线传感器网络的监测模块。工业废气、燃料燃烧气体、汽车尾气、内燃机等的排放对空气造成的污染日益严重，其中CO气体对人体的健康影响很大，传统的分析仪虽具有测试精度高、灵敏度高和检测浓度范围大等优点,但体积大、价格高、无法及时探测，而且需要进行人工采样,不能应用到无线传感器网络中去。综上，工业生产中需要一种电路结构简单、体积小、检测精度较高，并且能够实现工业级远距离无线传输的CO传感器模块作为传感器节点应用到无线传感器网络中去。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的是怎样提供一种电路结构简单、体积小、检测精度较高，并且能够实现工业级远距离无线传输的CO传感器模块。为了实现上述目的，本技术采用了以下的技术方案。一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块，其特征在于：它包括气体传感器采集前端、无线通信单元和电源管理单元；所述气体传感器采集前端主要由气体传感器和信号放大单元组成；所述气体传感器为MGS1100型一氧化碳传感器；所述气体传感器的加热端与电源正极VCC相连接，气体传感器的信号输出端VOUT与负载电阻R的一端相连接，负载电阻R的另一端接地；所述信号放大单元主要由仪表放大器和可调电阻器RP构成，所述仪表放大器的信号输入端与气体传感器的信号输出端VOUT相连接，仪表放大器的输出端为气体传感器采集前端的输出口；可调电阻器RP的一个固定端与抽头端连接在一起，连接电节点记作电节点A，仪表放大器的第一增益调节端与电节点A相连接，仪表放大器的第二增益调节端与可调电阻器RP的另一个固定端相连接；所述无线通信单元内部集成有无线射频前端、微处理器和AD转换器；所述气体传感器采集前端的输出口与所述AD转换器的模拟输入口相连接，所述AD转换器的数字输出口与微处理器的输入口相连接，微处理器的输出口与无线射频前端的输入口相连接；无线射频前端的输出口通过功率放大器与天线子模块相连接。进一步的，所述无线通信单元为CC2430型射频芯片。相比现有技术，本技术具有如下优点：本技术中所选用的CO浓度传感器采用微电子工艺，在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜，这种结构不仅使得SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内都具有敏感性，且由于硅膜减少了热传导的热损失，从而大大降低了功耗。并且本传感器只有4个管脚，因此应用电路结构简单。本技术无线通信单元核心CC2430射频芯片除了具有符IEEE802.15.4规范的2.4GHz无线射频前端，还在片内集成了微处理器，CC2430射频芯片本身还自带AD转换器，相比采用相互独立的微处理器芯片和AD转换芯片实现的数据转换与处理的方案，本技术采用CC2430射频芯片为主处理器降低了成本和功耗。综上，本技术具有电路结构简单、体积小、检测精度较高，并且能够实现工业级远距离无线传输的优点。此外本技术中选用的仪表放大器不但具有增益灵活可调的优点，还具有封装尺寸小、功耗更低，这进一步降低了系统体积、满足了便携式应用需求。附图说明图1为本技术的电路结构图；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。如图1所示，一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块包括气体传感器采集前端、无线通信单元和电源管理单元。一、本技术整体结构与工作特点本技术是一种工业级远距离的无线CO浓度监测传感监测电路。传感器采集前端主要负责将外界环境中的CO气体浓度采集进来,然后将无噪的信号放大后直接送至无线收发模块进行处理；无线通信单元负责将传感器前端采集到的实时数据进行处理并进行传输；电源管理模块主要负责对整个系统的电源管理及低功耗模式设置，达到节能的目的。二、气体传感器采集前端电路结构与工作原理气体传感器采集前端主要由气体传感器和信号放大单元组成。信号放大单元则主要由仪表放大器和可调电阻器RP构成。其中，气体传感器为MGS1100型一氧化碳传感器。气体传感器采集前端的电路结构如下：气体传感器的加热端与电源正极VCC相连接，气体传感器的信号输出端VOUT与负载电阻R的一端相连接，负载电阻R的另一端接地；仪表放大器的信号输入端与气体传感器的信号输出端VOUT相连接，仪表放大器的输出端为气体传感器采集前端的输出口；可调电阻器RP的一个固定端与抽头端连接在一起，连接电节点记作电节点A，仪表放大器的第一增益调节端与电节点A相连接，仪表放大器的第二增益调节端与可调电阻器RP的另一个固定端相连接。Motorola公司提供的一氧化碳传感器MGS1100是一种新型的CO气体检测器。其结构特点是采用微电子工艺，在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜，这种结构不仅使得SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内都具有敏感性，且由于硅膜减少了热传导的热损失，从而大大降低了功耗。传感器共有4个管脚，分别为加热端、电源端、信号输出端和接地端。为使传感器对CO具有最佳敏感特性，使SnO2层达到预定的最佳温度是很重要的，通常加热器及SnO2层的温度与加热电压、加热电流有关(因此要再加热端事假加热电压)，在CO气体中，SnO2层电阻会随CO浓度增大而减小。系统工作时，传感器输出电阻(RS)与负载电阻(R)串联后加到一电压源(VCC)上，R上的压降为测量的输出电压(VOUT)，这样传感器的输出电阻可由下式算出:RS＝[(VC-VOUT)/VOUT]R在CO的作用下，SnO2薄膜的阻值减小，因而通过负载电阻(R)的电流增大，则VOUT增大。一氧化碳传感器MGS1100输出信号送入由仪表放大器和可调电阻器RP构成的信号放大单元进行信号放大，其中仪表放大器AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，AD620具有高精度(最大非线性度40ppm)、低失调电压(最大50μV)和低失调漂移(最大0.6μV/℃)特性，是电子秤和传感器接口等精密数据采集系统的理想之选。AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立电路设计，并且功耗更低，因而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块，其特征在于：它包括气体传感器采集前端、无线通信单元和电源管理单元；所述气体传感器采集前端主要由气体传感器和信号放大单元组成；所述气体传感器为MGS1100型一氧化碳传感器；所述气体传感器的加热端与电源正极VCC相连接，气体传感器的信号输出端VOUT与负载电阻R的一端相连接，负载电阻R的另一端接地；所述信号放大单元主要由仪表放大器和可调电阻器RP构成，所述仪表放大器的信号输入端与气体传感器的信号输出端VOUT相连接，仪表放大器的输出端为气体传感器采集前端的输出口；可调电阻器RP的一个固定端与抽头端连接在一起，连接电节点记作电节点A，仪表放大器的第一增益调节端与电节点A相连接，仪表放大器的第二增益调节端与可调电阻器的另一个固定端相连接；所述无线通信单元内部集成有无线射频前端、微处理器和A D转换器；所述气体传感器采集前端的输出口与所述AD转换器的模拟输入口相连接，所述AD转换器的数字输出口与微处理器的输入口相连接，微处理器的输出口与无线射频前端的输入口相连接；无线射频前端的输出口通过功率放大器与天线子模块相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线传感器网络的一氧化碳浓度监测模块，其特征在于：它包括气体传感器采集前端、无线通信单元和电源管理单元；所述气体传感器采集前端主要由气体传感器和信号放大单元组成；所述气体传感器为MGS1100型一氧化碳传感器；所述气体传感器的加热端与电源正极VCC相连接，气体传感器的信号输出端VOUT与负载电阻R的一端相连接，负载电阻R的另一端接地；所述信号放大单元主要由仪表放大器和可调电阻器RP构成，所述仪表放大器的信号输入端与气体传感器的信号输出端VOUT相连接，仪表放大器的输出端为气体传感器采集前端的输出口；可调电阻器RP的一个固定端与抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晔非，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：新型
国别省市：重庆,50