基于Android的多傳感器信息融合技術在氣溶膠自動化檢測中的應用

　　引言

　　氣溶膠的檢測方法和儀器很多，不同方法及儀器的適應范圍不同，各種檢測儀器間的信息存在互補性[16].不同儀器采用的協議類型和接口方式不同，給使用和實時檢測帶來很大不便。氣溶膠涵蓋的物質種類繁多，成分復雜，單一儀器往往只能采集一個或幾個參數。傳統方案在多參數數據采集分析系統中的應用加劇了系統的復雜程度，降低了系統的適應性及便捷操作性。

　　測量氣溶膠的空氣動力學粒譜儀、積分濁度儀、掃描遷移率粒譜儀、黑碳儀和QTrak Plus室內空氣質量監測器能夠準確測量不同性質的氣溶膠參數，但是各種傳感器的測量結果常常出現不一致的情況，因此需要對測量結果進行綜合對比分析。氣溶膠的幾種測量儀器的結果互為補充，通過對比和綜合分析，可以得到氣溶膠的綜合性質，對大氣激光傳輸、輻射傳輸計算等方面有重要的意義。本文提出的多傳感器信息融合方法，將多種儀器采用統一接口方式進行組網，每種儀器獨立采集數據互不影響，通過Android平臺處理終端對采集的數據進行融合、分析和評價，對觀測、分析和融合大氣氣溶膠數據具有一定的應用價值。

　　1 多傳感器信息融合系統架構

　　本系統中主要使用5種傳感器測量儀器對數據進行采集、存儲和分析：

　　① APS3321型空氣動力學粒徑譜儀是高性能、多用途的新一代粒子測量儀器，主要用來測量空氣動力學粒徑(0.5~20 μm)和光散射強度(0.37~20 μm)[2].

　　② IN3550型積分濁度計主要用來進行長期的可視距離監控和地面及空中空氣質量的研究，它能夠連續不斷地檢測空中粒子光散射系數[3].

　　③ SMPS3936型掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀主要用來測量空氣中直徑在0.01~1 μm范圍內的顆粒物粒徑[4].

　　④ QT8554型室內空氣品質監測器主要用來測量二氧化碳和一氧化碳的濃度、溫度、相對濕度、風速、新風量、估計露點、濕球溫度和室外空氣百分比等[5].

　　⑤ AE31型黑碳儀可以同時測量370 nm、470 nm、520 nm、590 nm、660 nm、880 nm和950 nm的黑碳氣溶膠質量濃度，提供比較全面的黑碳氣溶膠光學吸收性質數據信息[6].

　　5種測量儀器均支持RS232的接口通信標準，分別通過RS232連接藍牙模塊，ARM 端信息融合應用系統通過藍牙接收并存儲這5種儀器采集的數據。在一個藍牙微微網中主節點最多可以有7個從節點，并且允許多至256個從節點與主節點保持在休眠狀態。藍牙的發射距離一般為10 m,通過增大發射功率可達100 m.組網方案中采用藍牙進行組網，完全可以滿足短距離無線通信的需要。結合實際情況，整個系統的組網方案設計如圖1所示。

　　圖1 多傳感器信息融合系統組網方案

　　ARM平臺Android處理終端采用ARM處理器，256 MB 內存，4.3英寸真彩LCD觸摸屏，分辨率480×272,方便操作，可清晰顯示采集的數據曲線;配備2G SD卡，保證了長時間數據存儲;同時，搭載當下最熱門的谷歌移動嵌入式操作系統Android2.2.

　　2 信息融合軟件

　　考慮到信息融合軟件的便捷操作和實用性，本信息融合軟件主要包括數據接收模塊、文件管理模塊和設置管理模塊。圖2為信息融合軟件的主界面。

　　圖3為信息融合系統的數據采集主程序流程。

　　圖2 軟件主界面

　　圖3 數據采集主程序流程

　　2.1 數據接收模塊

　　數據接收模塊主要實現多傳感器數據的接收、數據曲線的繪制和存儲。通過繼承Android平臺下的Service類，建立5個儀器可以同時后臺執行的數據采集服務;配合NotificatiON的便捷操作，實現不同儀器數據采集界面的切換。數據接收模塊程序流程如圖4所示。

　　圖4 數據接收模塊程序流程