[实用新型]一种集成甲烷传感器的有源射频标签

说明书

技术领域

本实用新型涉及甲烷浓度测量和射频识别技术领域，特别涉及一种集成甲烷传感器的有源射频标签。

背景技术

与普通的条形码相比，射频标签（Rf Tag）以非接触式、存储容量大、识别速度快、距离远、可多卡识别等优点而得到了越来越广泛的应用。

根据射频标签有无电源，射频标签可分为有源射频标签和无源射频标签，无源射频标签只有在阅读器识别的过程中才能工作，有源射频标签可以自动给阅读器发送数据。

目前在矿井生产安全监测监控系统中，普遍是用电缆线传输采集到的甲烷浓度值，而电缆线很容易被拉脱、拉断、擦破，从而引起电火花触发瓦斯而引发矿难。把甲烷传感器与射频识别（RFID）技术结合起来，不仅可以进行自动识别，而且可以形成一种串行数据采集无线传输的方式，使得整个检测装置体积很小，并且省去了大量的布线工作。该装置可以安装在矿工的头盔上，有利于实时监测，减少了实际测甲烷浓度中的干扰，使其可靠性及精度有了很大的提高。

甲烷的爆炸界限浓度为5%-16%，当甲烷浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层；当甲烷浓度为9.5%时，其爆炸威力最大（氧和甲烷完全反应）；当甲烷浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍燃烧。因此监控井下甲烷浓度是杜绝甲烷爆炸主要的手段。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种集成甲烷传感器的有源射频标签。可以安装在矿工的头盔上，实时监测矿工所处环境中的甲烷浓度，当甲烷浓度在爆炸界限内时，及时向矿工报警，并通过射频识别（RFID）技术将检测到的数据实时传输到地面的监控中心。此装置还可记录每一个矿工的信息，当发生危险时方便搜救。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：包括天线、无线射频模块、微控制器（MCU）、内存模块、甲烷传感器、报警器、电源模块、电量检测模块和电桥自动断电保护电路。前端是天线与无线射频模块相连，无线射频模块再与微控制器（MCU）相连；后端是甲烷传感器、报警器分别与微控制器（MCU）相连；内存模块和电量检测模块可集成在微控制器（MCU）中；电源模块给需要供电的模块供电。

根据上述技术方案，所述的无线射频模块nRF24L01的接口电路中，CE表示使能发射或接收；引脚CSN、引脚SCK、引脚MOSI、引脚MISO分别与微处理器（MCU）的引脚RB6、引脚RB12、引脚RB13、引脚RB14相连；引脚IRQ表示中断标志位；引脚VDD接电源输入端；引脚VSS接电源地；引脚XC2、引脚XC1接晶体振荡器引脚；引脚ANT1、引脚ANT2接天线接口；引脚IREF接参考电流输入。

根据上述技术方案，所述的电桥自动断电保护电路，将微控制器（MCU）的PB0 端口通过一个反向器加强驱动能力后，再与光耦相连，控制电桥电源的通断；当微控制器（MCU）检测到甲烷浓度达到4%时，置PB0 为高电平，控制光耦将甲烷电桥电源断开，从而实现甲烷气敏元件自动断电保护功能。

本实用新型的有益效果是由于采用了上述结构，能够实时的检测到矿工所处矿井环境中的甲烷浓度，当甲烷浓度超标时可进行及时报警，并且将检测到的数据通过无线通讯方式传送给监控中心，代替了用电缆线传输采集到的甲烷浓度值的方式。同时还具有标识功能，可记录矿工的个人信息以及工作时长等功能。

附图说明

图1为本实用新型集成甲烷传感器的射频标签结构示意图。

图2为本实用新型甲烷检测电路图。

图3为本实用新型电桥自动断电保护电路图。

图4为本实用新型PIC16F877单片机的接口电路图。

图5为本实用新型nRF24L01的接口电路图。

    下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

    图1示出了集成甲烷传感器的射频标签结构示意图。前端是PCB天线与无线射频模块相连，无线射频模块再与微控制器（MCU）相连；后端是甲烷传感器、报警器分别和微控制器（MCU）相连；内存模块和电量监测集成在微控制器（MCU）中；电源模块给需要供电的模块供电。

    图2示出了甲烷检测电路图。Ra为催化传感元件，Rb为补偿元件，由电池供电。在新鲜空气中（无甲烷），Ra=Rb,调整Rp使电桥平衡，输出端电压等于0；在有甲烷的环境中，Ra表面发生无焰催化燃烧引起温度上升，其阻值便随之增加，而Rb阻值不变，从而电桥失去平衡，输出端电压U>0。输出端电压U经放大电路放大，变为微控制器能够检测到的标准信号后，送入单片机的A/D转换接口。