一種低功耗的無線瓦斯傳感器節點設計
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瓦斯事故一直是煤礦安全生產的主要威脅。雖然近些年來，瓦斯監測技術不斷發展，但瓦斯爆炸事件仍頻頻發生。國內外現有的煤礦安全監測系統均是采用有線連接方式，具有很大的局限性。由于傳感器采用有線連接，這使其主要被限制在主礦道中應用。而在高瓦斯濃度的采煤工作面處，由于煤礦的不斷開采，工作面各種大型設備需要不斷地推進，設備之間的相互位置也不斷地發生變化，有線監測網絡不能及時跟進礦道的變化，從而造成監測盲區。將無線傳感器網絡應用于瓦斯安全監測系統中，與現有有線監測網絡相結合，構建一個更為全面的井下瓦斯監測系統，將有助于改善目前瓦斯監測領域中存在的問題。
在這樣的系統中，傳感器網絡節點采用電池供電，其能量十分有限。然而常用低功耗瓦斯傳感元件的功耗高達數百mW。如何降低節點能耗是無線瓦斯監測網絡所要解決的關鍵問題。
1 硬件電路設計
表1列出了目前常用低功耗瓦斯傳感元件及其主要指標。從表中可以看出，常用低功耗瓦斯傳感器的功耗都在100mW以上，這對于由電池供電的無線傳感器節點來說是非常不利的。而且表中所列傳感元件都有一定的響應時間，即傳感元件供電后，需要等待其響應一段時間，才能正確地反映瓦斯濃度信息。較長的響應時間限制了無線瓦斯傳感器節點每次采集數據時的工作時間不能太短。例如，TP-1．1A非加熱甲烷氣體傳感器的響應時間接近20 s。如果瓦斯傳感器節點采用該傳感元件，當其采集一次數據時，從給傳感器供電開始，前20 s采集數據是沒有意義的，因為這時傳感元件處于響應階段，其電壓值不能準確地反映實際瓦斯濃度信息。因此每采集一次數據，給傳感元件供電的時間至少持續20 s以上。對于如此高功耗的傳感元件來說，采集一次數據所消耗的能量是非常巨大的。這使得所設計的無線瓦斯傳感器節點的工作時間過短，以致不能達到實用化要求。
在無線傳感器節點的設計中，還存在一個問題，即傳感元件的工作電壓與節點電路中微處理器及無線收發電路工作電壓不一致。如果節點中不同模塊的供電電壓不同，則電路需要進行電壓轉換。而不同電壓的轉換將會增加電路設計的復雜度，從而使得節點能耗增加。
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