[发明专利]一种用于温度监测的无线传感器网络节点及温度监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络监测技术，尤其涉及用于新疆煤田火区-40°C～1000°C的传感器监测节点

背景技术

具有现代意义的无线传感器网络为新疆煤田火区监测提供了新的技术手段。煤田自燃火灾的监测，主要任务是监测煤层燃烧的发展过程中的温度变化，和剥离，黄土掩埋、压实后煤火从降温到熄灭、或者积温复燃的过程。现有无线传感器成品节点配备的是-55°C～125°C温度传感器，为满足煤田火区监测的需要开发有由K-型热电偶、芯片MAX6675和无线传输芯片组成的高温传感器节点^[1-3]。由于芯片MAX6675的转换温度，短时观测为0°C～1300°C，长时间观测0°C～1000°C，缺失零度以下的量程。

新疆地区冬季最低气温近-40°C、平均-25°C，在传感器掩埋的深度范围内有冻土层存在。现有无线传感器网络成品节点配置的温度传感器测温范围-55°C～125°C，不能适应煤层燃烧时的高温；现有用于新疆煤田火区监测的无线传感器网络节点，因其中的芯片MAX6675温度转换范围有限，将K型热电偶的测温范围由-40°C～1000°C缩小为0°C～1000°C，缺少-40°C～0°C的监测信息，未能全面反映煤层自燃的发展过程，以及治理后煤层的温度从降低到熄灭、或者积温复燃的过程。

对比文件

[1]西安科技大学邓军,文虎,陈晓坤,王伟峰,徐林生,金永飞,张嬿妮.煤田火灾无线自组网钻孔测温装置.实用新型专利,授权公告号CN201497590U,授权公告日2010.06.02

[2]江苏大学曹清华,陈祖爵,李善荣,闫述.130～1000℃高温煤田火区无线传感器网络监测节点及监测方法.发明专利,公开(公告)号CN102215602A,公开(公告)日期2011.10.12

[3]李善荣,闫述,曹清华,陈祖爵.无线传感器网络高温监测节点的设计与开发.计算机工程,2012,38(8):207-209

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于温度监测的无线传感器网络节点及温度监测方法，使测温范围达到-40°C～1000°C，以全面反映煤层自燃的发展过程，以及治理后煤层的温度从降低到熄灭、或者积温复燃的过程。

为了解决以上技术问题，全面体现煤田火区温度的变化，本发明将现有煤田火区监测传感器节点^[1-3]中的芯片MAX6675换成芯片MAX31855，开发了-40°C～1000°C更大测温范围的高温传感器节点和温度测量方法，具体技术方案如下：

一种用于温度监测的无线传感器网络节点，包括节点(1)、信号采集板(2)、高温传感探头(9)、通过信号线(11)与高温传感探头(9)相连的高温传感器插座(10)，其特征在于：节点(1)上设置SPI口通信接口，核心芯片(12)的引脚和排插(3)相配合，信号采集板(2)上集成有温度信号调理电路(4)、电源转换电路(5)、电池接口(6)太阳能接口(7)和高温传感器排母(8);电源转换电路(5)分别和电池接口(6)及节点(1)相连，高温传感探头(9)通过高温传感器插座(10)与温度信号调理电路(4)相连，温度信号调理电路(4)通过信号线(11)与高温传感器探头(9)相连，信号线(11)外空套一个中空钢丝管；节点(1)具有JN5139芯片，温度信号调理电路(4)具有MAX31855芯片，温度信号调理电路(4)通过引脚和信号采集板(2)上的高温传感器排母(8)相配合；高温传感器排母(8)和排插(3)引脚接口对应，能够检测从-40°C～1000°C范围的温度信息。

一种利用如权利要求所述的用于温度监测的无线传感器网络节点的温度监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，数据采集准备：将高温传感探头(9)测量的模拟信号通过信号线(11)以电压的形式传递给温度信号调理电路(4)，经过放大、整形和AD转换后形成数字信号，通过高温传感器排母(8)和排插(3)接口传输到节点(1)上的核心芯片(12)；接通电源，对节点JN5139的SPI接口进行初始化，选择使用的SPI的设备数量为1、数据发送的首位为高位或低位、发送和接收数据均使用SCLK时钟的上升沿、时钟速率设置为0.25MHz、在SPI接口传输工作结束前设置终端中断为禁止状态；节点JN5139在DIO0引脚产生一个高电平到低电平的跳变，自动片选进行数据传递，并打开；