低功耗一氧化碳传感器研究进展

低功耗一氧化碳传感器是煤炭安全开采的重要保障和分布式无线传感技术的关键基础。阐述了低功耗一氧化碳传感器的工作原理,重点介绍了电化学和半导体一氧化碳传感器的最新研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗一氧化碳传感器的发展方向和前景。①电化学一氧化碳传感器主要由电极和电解质构成,有两电极和三电极结构,两电极电化学一氧化碳传感器没有参比电极,结构简单,易于设计和制造,成本较低,适用于低浓度一氧化碳的监测;三电极电化学一氧化碳传感器引入参比电极,具有较宽的量程和较高的精度,但成本高。电化学一氧化碳传感器响应时间较短,具有分布式无线传感应用前景,其研究重点在于铂-碳复合电极的制备,但电化学一氧化碳传感器仍然使用了水溶剂,存在漏液风险,且难以微型化;未来的发展趋势一方面要避免采用液体溶剂,研究全固态电化学一氧化碳传感器,并控制其孔隙率,缩短响应与恢复时间,另一方面要寻找廉价高效的电极材料,降低传感器成本;此外,制造微型化的电化学一氧化碳传感器也是未来重要的工作内容。②半导体一氧化碳传感器可分为非微加热板型和微加热板型。非微加热板型一氧化碳传感器采用的是陶瓷管基底或者氧化铝平板基底,由于加热器尺寸较大,且热传导严重,功耗较高,通常在100 mW以上,难以用于分布式无线传感场合。微加热板型一氧化碳传感器热质量低,可以大大降低加热器运行功耗,还可与集成电路工艺兼容,可得到片上系统型一氧化碳传感器,降低外围电路功耗,适合物联网应用。微加热板型一氧化碳传感器体积比固体电解液电化学一氧化碳传感器更小,且具有成本低廉、灵敏度高、易于片上集成等优点,但易受湿度影响,基线易漂移;未来研究方向是对敏感材料进行修饰改进,优化封装工艺,并采用智能算法对基线进行自校准;可以使用沸石修饰敏感材料减少湿度对传感器的影响,或者在封装工艺上采用聚四氟乙烯等的憎水膜;智能算法可以采用支持向量机和人工神经网络结合算法或人工智能算法,未来希望可以实现高效率的边缘计算,以提高效率和准确率。

超低功耗一氧化碳智能传感器的设计

为准确测量一氧化碳含量、且满足超低功耗的需求,设计了模块化的一氧化碳智能传感器,其包括模拟信号采集、电源管理、模拟信号调理、单片机和温度采集等单元.通过全天候温度补偿、通用命令集控制和电源管理,不仅提高了一氧化碳检测精度和稳定性,而且可满足普通电池供电的一氧化碳监测节点的低功耗需求.实验表明:超低功耗智能传感器具有较好的温度补偿功能和更低的功耗,在给定实验条件下,0,℃时误差最大为3.0%;采样周期为30,s时的功耗为5.94,mW,采样周期为150,s时的功耗为1.49,mW.

嵌入式无线传感器低功耗控制方法设计

常规的嵌入式无线传感器低功耗控制方法主要利用智能拓扑控制算法收集节点功耗反馈信息,易受邻近节点遍历作用影响,导致不同条件下的控制功耗较高。因此,需要设计一种全新的嵌入式无线传感器低功耗控制方法。文章分析了嵌入式无线传感器节点功耗,生成了嵌入式传感器低功耗控制通信协议,设计了无线传感器智能低功耗控制放大器,从而实现了无线传感器低功耗控制。实验结果表明,设计的嵌入式无线传感器低功耗控制方法在不同的控制条件下的控制功耗较低,证明设计的无线传感器低功耗控制方法的效果较好,具有可靠性,为提高嵌入式无线传感器综合性能做出了一定的贡献。

铁路系统中传感器的低功耗电源管理系统设计

探讨铁路系统中无线传感器的低功耗电源管理策略,并提出一种创新的改进策略。先介绍了铁路传感器系统的架构和相关的能源管理电路设计,然后分析了系统的状态转换过程,包括状态切换时间点和功耗问题。基于这些分析,提出一种自适应功耗模块激活策略,该策略根据传感器传输数据的频率和重要性来动态调整功耗模块的激活频率。此外,还研究了基于状态切换的功率优化方法,以最大限度地减小功率消耗。

基于低功耗单片机MSP430的新型一氧化碳报警器设计

开发设计了一种基于低功耗单片机的一氧化碳报警器,采用电化学传感器,提高了报警器的灵敏度和准确性。并且划分了3个不同级别的报警范围,保证了各种工作环境的使用。

基于LoRa的多传感器低功耗数据采集方法

针对LoRa多传感器低功耗采集中同信道传感节点无效唤醒的问题,提出一种基于空中唤醒策略与信道切换机制相结合的低功耗采集方法。通过将LoRa通信链路划分为多个通信信道,不同信道分时切换复用,实现多传感节点的分组通信,避免从传感节点的无效唤醒,在有限信道容量下最大限度地降低从节点的通信功耗;并制定了LoRa局域网传感器通信指令协议,实现了多传感器的低功耗主动轮询采集、定点调试与预警上报。实验结果证明了所提方法的有效性。

GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准,单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明,传感器100 Hz~2 kHz内平均振动灵敏度为511 mV/g, 20~100 kHz内超声灵敏度稳定在70~90 dB之间,相对不确定度小于2%;工作距离小于8 m时,数据传输速率在1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验,结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量,为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

集成于UHF RFID的低功耗CMOS温度传感器设计

当前的低功耗CMOS温度传感器振荡装置接入多为单一接入,形式较为简单,传感的速度较慢,导致温度感应误差增加,为此提出对集成于UHF RFID的低功耗CMOS温度传感器设计。根据当前需求,先设计感温单元,并以环形的方式,提升传感的速度,建立环形振荡装置。以此为基础,接入UHF RFID分频装置,并采用CFC联仿稳定处理的方式来实现温度传感器设计。测试结果表明:相较于S型电磁超材料温度传感器、FinFET器件结构高精度温度传感器,此次的集成UHF RFID低功耗CMOS温度传感器最终得出的温度感应误差相对较小,这说明本次在UHF RFID的辅助下,设计的低功耗CMOS温度传感器覆盖范围大,对应的温度传感效率得到了进一步提高,具有实际的应用价值和验证意义。

基于UWB技术的矿井低功耗无线传感器网络研究

针对煤矿井下各类参数有线监测系统的布线复杂、维护困难、扩展性差等问题,基于UWB技术研究了矿井低功耗无线传感器网络,采用STM32L151微处理器和DW1000芯片设计了具有自动组网、数据多跳传输和测量距离等功能的传感器节点。详细介绍了矿井低功耗无线传感器网络的组网机制、传感器数据多跳传输技术和低功耗休眠算法等关键技术。试验结果表明,传感器节点入网时间与网络深度成正比,网络深度每增加1级,入网时间就增加1个数据传输周期;传感器数据传输时延不超过1 s,通信距离可达100 m,未入网时的平均工作电流为230μA,已入网时的平均工作电流为680μA。该无线传感器网络为煤矿安全监测系统提供了一种低功耗、低成本且高可靠性的数据传输通道和平台。

基于LoRa和振弦式传感器的低功耗钢轨温度力监测技术

为解决钢轨温度力监测设备体积大、现场传感器安装和线缆防护施工作业工作量大、信号线缆影响养护维修等问题,提出了基于LoRa(Long Range Radio)的低功耗弦振式钢轨温度力监测技术方案,改进了数据采集设备的安装位置和方式,设计了数据采集模块,实现了钢轨温度力自动监测。数据采集模块以低功耗单片机为控制核心,针对振弦模组、LoRa模组和锂亚硫酰氯电池进行了硬件设计,配合特殊的通信策略和机制,实现了系统的低功耗。试验结果表明:在精度试验中,温度力实测值与模拟值最大相差13 kN,精度达到2.2%;在-20~70℃的高低温试验中,数据采集模块工作正常,温度测量值与实际设定值最大相差0.4℃,钢轨温度力测量最大误差为7.4 kN。监测系统的环境适应性、精度和续航时间均满足铁路现场应用要求。

低功耗红外甲烷传感器在煤矿安全监测中的应用优化研究

围绕低功耗红外甲烷传感器(GJG10H型)在煤矿安全监测中的应用进行深入研究,通过分析某煤矿安全监测项目,探讨传统监测系统的局限性、甲烷检测的挑战、现场环境对监测系统的影响以及安全监测数据处理和管理问题,进一步阐述GJG10H型红外甲烷传感器的工作原理、技术特征及优点,探讨其在智能化数据分析与预警、复杂矿井环境应对策略中的优化应用,旨在提供一种更高效、准确的煤矿甲烷监测方案,确保煤矿安全生产。

低功耗无线传感器网络在电力系统监测中的应用与优化

随着电力系统规模的不断扩大,对其进行实时监控和精细管理变得尤为迫切,而低功耗的无线感知阵列作为高效的监管工具,在电网监管领域得到了广泛应用。文章阐述了WSN技术的工作机制及其在电力系统监管方面的实际应用,分析了电力系统监管的内在需求,对比了传统监管手段的不足,探讨了如何布署低功耗的WSN,以及如何从中采集数据、进行传输,实现实时监控与精准故障诊断,并提出了一套针对低功耗WSN的性能提升方案。

一种低功耗蓝牙一氧化碳无线监测器设计

一氧化碳气体监测是智能家居系统重要的监测对象,以往的一氧化碳监测设计在无线技术、无线传输协议、低功耗技术的迅速发展下,已经不能满足在线长时间、电池供电、易集成维护、低功耗和智能传感的要求。此背景下,设计了基于一氧化碳传感器、低功耗蓝牙处理器和锂锰纽扣电池的蓝牙低功耗一氧化碳无线监测器。监测器由单颗钮扣电池供电,通过2.4 G低功耗蓝牙V4.0协议进行数据广播。监测器单颗纽扣电池可实现长达数年的一氧化碳含量监测功能、传感器自检报废与灵敏度降低警告等功能。

基于无线Mesh网络技术的一氧化碳传感器设计

针对传感设备在煤矿工作面移动环境中使用的特点,设计了一种基于无线Mesh网络技术的一氧化碳传感器,详细介绍了传感器硬件电路设计及各部分电路低功耗工作机制等。测试结果表明,该传感器实现了对煤矿井下一氧化碳浓度的实时、准确在线监测,具有组网速度快、抗干扰能力和避障能力强、无线通信距离远、功耗低的特点,特别适合在工作面等设备多、环境复杂的地方应用。

基于LoRa技术的矿用无线一氧化碳传感器设计

针对煤矿电化学一氧化碳传感器在实际应用中存在的布线繁琐、功耗大、精度低、信噪比低等问题,设计了一种基于LoRa无线组网模块与MSP430F2013单片机的无线一氧化碳传感器,通过单片机内部集成电路完成信号的放大、模数转换及软件滤波,利用单片机内部的空闲休眠机制完成整机的低功耗处理,并结合LoRa无线组网模块完成无线传输。基本误差与功耗实验结果表明,传感器整机功耗可控制在46 mAh以内,传感器精度满足行业标准要求,可实现煤矿井下一氧化碳的连续可靠监测。

一种低功耗无线传感器网络节点的设计

无线传感网络中的节点,具有感知和路由的功能,是构成无线传感器网络的基本单元,功耗是影响其工作寿命的关键因素。为此,在对构成传感器节点的模块比较、选择基础上,使用了微控制器MSP430F149,结合外围的低功耗传感器ADT7301和无线射频模块nRF2401,并通过有效的电源管理和软件设计,实现了一种超低功耗的无线传感器网络节点。该节点非常适合无线传感器网络的应用,具有集成度高、微型化、体积小、功耗低等特点。

低功耗射频唤醒无线传感器网络设计

针对无线传感器网络采用睡眠/唤醒机制来实现低功耗时,不可避免地引起网络响应时延的问题.在波束供电技术的基础上提出了无线传感器网络低功耗射频唤醒机制,给出了低功耗射频唤醒无线传感器网络节点的硬件结构和详细设计.节点通过从电磁波中获取能量来及时地唤醒自己,以达到提高实时性的目的.性能分析表明低功耗射频唤醒无线传感器网络节点比采用传统睡眠/唤醒机制的节点具有更高的实时性和更低的功耗.

无线传感器网络低功耗设计综述

无线传感器网络(W SN)综合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和网络通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境对象的信息,并将信息传递给系统用户主机进行分析、处理。W SN中的节点,具有感知和路由的功能,在实际的应用中,功耗是影响节点工作寿命的关键因素。为实现一种低功耗的W SN,可以从W SN的体系结构、传感器节点以及网络各层次通信协议等角度去设计实现。在该领域还存在一些亟待解决的问题。

低功耗无线传感器网络节点的设计与实现

为降低传感器网络节点的能耗,设计实现基于EFM32TG842微控制器和CC2520射频(RF)芯片的无线传感器网络节点。为进一步降低节点软件层能耗,将Contiki操作系统移植到节点硬件平台,设计实现低功耗应用进程。对节点不同运行模式的电流进行测量,检测节点的能耗。测量结果表明,该方案降低了节点的能量消耗,有效延长了节点工作时间。

基于ZigBee的低功耗无线传感器网络改进协议

如何降低无线传感器网络(WSNs)节点的能耗来延长网络寿命是非常重要的,无线网路的性能主要取决于MAC协议,若要降低节点能耗,合理的设计与改进MAC协议就成为一个关键性问题。主要介绍了无线传感器网络中的ZigBee技术发展与应用,针对相关能耗问题,将延迟测量时间同步(DMTS)算法融入到ZigBee网络中,同时引入了基于S-MAC协议机制的周期性侦听/睡眠、碰撞避免等措施对协议进行改进,通过仿真与基本协议进行比较。仿真结果表明:改进的协议能够有效降低网络节点能耗。