把無線傳感器網絡應用到煤礦監控系統中，通過各種傳感器實時采集礦井的環境信息，由嵌入式系統對其進行處理，通過自組織無線網絡以多跳中繼方式將信息傳輸到井外的監控終端，能夠彌補有線設備的缺陷，具有價廉、便攜、可靠性高、易于校正等優點。本文設計并實現了煤礦瓦斯報警無線傳感器網絡的節點系統。

　　1 煤礦瓦斯報警無線傳感器網絡

　　如圖1所示，整個網絡由瓦斯傳感器網絡節點群、接收發送基站、互聯網和監控終端構成[2～3]。由多個瓦斯傳感器網絡節點在礦井內形成自組網，某個節點的采集數據可以通過多跳中繼方式發送到井外接收發送基站，再通過串口發送到本地或遠程PC機上，實現實時監控。瓦斯傳感器網絡節點作為整個網絡的基本組成部分，不僅能夠進行瓦斯濃度、溫濕度信號的采集處理，還能夠在節點之間組網，進行節點定位和無線收發。節點系統提供信息的本地液晶顯示。

　　2 瓦斯傳感器網絡節點硬件系統設計

　　瓦斯傳感器網絡節點系統的硬件框圖如圖2所示，主要包括LXK－3瓦斯傳感器、SHT11溫濕度傳感器、PPD4NS粉塵傳感器模塊、 ATmega128L單片機、CC1000無線收發芯片、液晶顯示模塊等。

　　2.1 瓦斯傳感器模塊

　　2.1.1 瓦斯傳感器的工作原理

　　目前檢測瓦斯濃度的方式有光干涉、氣敏半導體、載體催化、電化學和紅外吸收[4]等，經過幾十年的研究，載體催化元件逐步成熟并占據了礦井瓦斯和多種可燃可爆氣體檢測領域的首位。其檢測原理為：由帶催化劑的檢測元件和不帶催化劑的補償元件及相應的匹配電阻組成電橋，瓦斯濃度變化時檢測元件電阻值改變，影響電橋平衡，從而可以檢測環境中瓦斯濃度變化。

　　2.1.2 LXK－3及其信號調理

　　本文采用中國船舶重工集團公司第七一八研究所的LXK－3催化元件。該系列元件是一種廣譜性的氣敏元件，適用于天然氣、液化石油氣和城市煤氣等多種可燃氣體的檢測和報警。圖3為LXK－3在系統中的應用電路，其差分輸出電壓反映了瓦斯的濃度變化，直接作為模數轉換器的差分輸入通道(ADC3、ADC2)。LXK－3的輸出電壓范圍為－50～50mV,而參考電壓選擇單片機的片內基準電壓2.56V，因此對差分電壓放大50倍比較合適。ATmega128的ADC放大倍數只有三種選擇：1x、10x、200x，為了提高精度，采用外部放大器與模擬開關相結合的工作方式，由單片機控制模擬開關，采用10x、50x、200x三個檔位。

　　由于LXK－3對電源要求比較高(2.8±0.1V)，而本系統采用電池供電，電壓不夠穩定，因此采用輸出電壓可通過電阻R2調節的專用電源芯片LP3965對其供電。由LP3965的電阻－電壓公式可　　　　以確定電阻R2的值，即R2=R1(-1),VOUT=2.8V， R2＝13kΩ。