随着“城乡一体化”举措的实施,市民的生活水平不断提高,天然气的使用逐渐增多。因甲烷无色无味,当空气中甲烷浓度极低时,非常灵敏的甲烷传感器也可能会产生漏报、误报问题,或者是信号微弱无法预警。若室内无人,即使传感器精确报警,燃气泄漏也不能得到及时处理,一旦泄露就会引发安全事故。因此对甲烷浓度的无线监测具有非常重要的现实意义。本文主要研究内容如下:为了解决甲烷传感器漏报、误报或有报警但不能及时发现等问题,针对某校区餐厅中厨房的分布及其天然气浓度进行了研究,设计了一套基于Zigbee天线阵列分布式甲烷浓度监测系统:该系统包括终端节点、汇聚节点、协调器节点、串口电路和监测中心五大模块,并利用Zigbee无线网络技术实现了对甲烷浓度的监测。每个厨房作为无线网络终端监测点选用五个装有CC2530芯片的Zigbee模块,其中四个装有MQ-4甲烷传感器的Zigbee模块外置半波偶极子天线作为终端节点,一个Zigbee模块外置一组二元阵作为汇聚节点。终端节点采用菱形天线阵列、相位差检测及移相控制电路等,可以使四路电磁波信号分工合作定向且同向发射,使信号能量利用率达90%以上,并利用分集接收技术理论克服了传统菱形天线信号能量利用率只有50%左右的缺点,实现了波束赋形并达到了提高增益、强化方向的效果,从而有利于汇聚节点及时、有效接收和发送甲烷浓度信号给协调器节点,协调器节点再通过串口电路把甲烷浓度信息上传给监测中心,实现甲烷浓度的无线监测及预警。经HFSS仿真及系统总体测试实验结果表明:采用该菱形天线阵列的分布式甲烷浓度监测系统对甲烷浓度信息的监测,具有较高灵敏度和可靠性。当甲烷浓度不大于2%时,本系统测量的绝对误差低于0.1%,符合国家规定的室内甲烷测量标准。