多参数智能空气环境监测单元制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多参数智能空气环境监测单元，属于环境监测技术领域。包括：二氧化锡敏感体智能传感器，传感器阵列，输入输出气体通道，数据采集分析模块。其中智能传感器作为一个独立的单元，可以单独进行单一组分的测量，以及敏感体最佳工作性能和节能的控制。智能传感器基于传感器电子数据表格(TEDS)进行测量、存储设计。传感器阵列使用多传感器数据融合技术，实现了同种类敏感体传感器的协同作用。本实用新型专利技术不仅实现了传感器的智能化，降低了测量误差，而且满足低功耗的要求，提高了监测的可靠性与长时间测量的稳定性。在低成本的基础上实现了连续在线测量分析空气环境组分。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于气体环境监测领域，涉及固体敏感材料智能传感器的设计及多传感器阵列数据融合进行空气环境监测的技术。
技术介绍
目前空气组分检测多采用电化学、红外光学及固体敏感材料传感器。其中固体敏感材料传感器由于价格低，应用广泛。但是现有的固体敏感材料传感器由于交叉敏感特性，单个传感器进行测量容易受干扰，误差较大。同时由于敏感体有最佳工作温度，如果不能控制敏感体工作在最佳温度，也会影响测量误差，此外控制温度也可以显著降低传感器功耗。为实现智能传感器的标准化，IEEE技术委员会提出了智能传感器设计的一系列标准,其中电子数据表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)实现了传感器数据存 储、处理及即插即用的功能。采用电子数据表格TEDS从软件方面改进了智能传感器的设计，扩展了智能传感器的应用场景，并可实现不同厂家传感器的替换。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提供了一种多参数空气环境监测单元，其特征在于包括二氧化锡敏感体智能传感器；传感器阵列；数据采集分析模块；流量可调气体通道；其中二氧化锡敏感体智能传感器用于特定气体成分的测量，并将数据传递给数据采集分析模块；多个感知不同气体含量的传感器形成阵列，实现多传感器测量的协同作用；数据采集分析模块实现电源控制、数据获取及数据优化；流量可调气体通道用于将气体采样、过滤通入传感器阵列，进而被气体敏感体感知，引起信号的变化。所述的智能传感器以二氧化锡为敏感材料，敏感体有空心圆柱体金属外壳，外壳上有网状气孔。智能传感器以AVR单片机和温度传感器为反馈、控制、测量、存储核心；温度传感器通过导热胶与敏感体紧密接触。采用多个智能传感器形成阵列，使用多传感器数据融合技术提高测量精度，传感器按照2*2，2*3，3*3的方式排列在电路板上。数据采集分析模块采用AVR的单片机为核心，以总线方式进行通讯。包括采样气体进气道和出气道，进气道用可调速气体采样泵通过一个过滤球将气体送入传感器阵列。不同二氧化锡含量的敏感体在最佳工作温度附近测量精度高，空心圆柱散热外壳用来保持敏感体的热平衡。外壳上气孔用来采用进入的气体。AVR单片机根据数据采集的频率，采用脉宽调制的方式控制多个智能传感器的电源通断，满足传感器预热与数据采集的要求，并最大程度的降低功耗。温度传感器监测敏感体表面的温度，完成敏感体的预热及保证敏感体始终工作在最佳温度。单片机内部的EEPROM可以存储传感器电子数据表格TEDS的信息，完成传感器的识别，测量结果的校准，然后传递给数据采集控制核心；数据采集分析模块，通过识别的传感器信息，根据传感器的预热时间，设定多个传感器的启动序列，实现低功耗。当主控单片机接收到多个传感器数据，通过传感器的交叉敏感特性，对传感器数据进行修正，实现多传感器的数据融合，并按照一定的方式将数据打包通过CAN总线或者485总线传给上位机或显示单元；控制流量的气体通道，采用静音气泵，由数据采集分析模块控制气泵的运行，气泵前端的过滤球，将空气中的粉尘和水蒸气进行简单的过滤，提高传感器的使用寿命和测量精度，并保持稳定的气流，出气道为电路板上的小孔。智能传感器内置的TEDS传感器电子数据表格，基于IEEE1451协议规范制定，可实现传感器的即插即用，并且采集的数据通过校准矩阵可直接进行转换。多传感器数据融合算法，利用二氧化锡敏感体的交叉敏感特性，实现多个传感器结果的交叉修正，该算法实现通过数据采集分析模块的单片机完成。 本技术的有益效果是，可以在降低成本的同时实现气体成分的高精度测量，结构紧凑，低功耗。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中图I是本技术的电路原理图。图2是二氧化锡敏感体智能传感器电路原理图。图中I.气体过滤球，2.气泵，3.传感器阵列，4. 二氧化锡敏感体智能传感器，5.数据采集分析模块，6.智能传感器低功耗AVR单片机，7. 二氧化锡敏感体，8.敏感体温度传感器。具体实施方式请参阅图I所示，本技术多参数智能空气环境监测单元包括二氧化锡敏感体智能传感器，传感器阵列，输入输出气体通道，数据采集分析模块。单个智能传感器感知某一气体成分，并通过温度反馈，单片机控制维持敏感体在特定的温度。多个感知不同气体含量的传感器形成阵列，实现数据测量和传输；数据采集分析模块控制传感器的电源，获取多个传感器的数据，并通过数据融合算法将结果优化；流量可调气体通道用于将气体采样、过滤通入传感器阵列，进而被气体敏感体感知，引起信号的变化。如图2所示，二氧化锡敏感体智能传感器包括温度传感器、二氧化锡敏感体和低功耗测量控制单片机。二氧化锡敏感体智能传感器用于感知特定气体的含量，并将数据通过单片机UART接口传递给数据采集分析模块。 优选的，所述智能传感器内置AVR单片机控制器为ATMEGA88或ATMEGA8，数字温度传感器为DS18B20 ；优选的，所述数据采集分析模块AVR单片机采用ATMEGA128 ；优选的，可调速气泵采用无刷真空泵。权利要求1.一种多参数智能空气环境监测单元，其特征在于包括二氧化锡敏感体智能传感器；传感器阵列；数据采集分析模块；流量可调气体通道；其中二氧化锡敏感体智能传感器用于特定气体成分的测量，并将数据传递给数据采集分析模块；多个感知不同气体含量的传感器形成阵列，实现多传感器测量的协同作用；数据采集分析模块实现电源控制、数据获取及数据优化；流量可调气体通道用于将气体采样、过滤通入传感器阵列，进而被气体敏感体感知，引起信号的变化。2.如权利要求I所述的多参数空气环境监测单元，其特征在于所述的智能传感器以二氧化锡为敏感材料，敏感体有空心圆柱体金属外壳，外壳上有网状气孔。3.如权利要求I或2所述的空气环境监测单元，其特征在于智能传感器以AVR单片机和温度传感器为反馈、控制、测量、存储核心；温度传感器通过导热胶与敏感体紧密接触。4.如权利要求I所述的空气环境监测单元，其特征在于采用多个智能传感器形成阵列，使用多传感器数据融合技术提高测量精度，传感器按照2*2，2*3，3*3的方式排列在电路板上。5.如权利要求I所述的空气环境监测单元，其特征在于数据采集分析模块采用AVR的单片机为核心，以总线方式进行通讯。6.如权利要求I所述的空气环境监测单元，其特征在于包括采样气体进气道和出气道，进气道用可调速气体采样泵通过一个过滤球将气体送入传感器阵列。专利摘要本技术公开了一种多参数智能空气环境监测单元，属于环境监测
包括二氧化锡敏感体智能传感器，传感器阵列，输入输出气体通道，数据采集分析模块。其中智能传感器作为一个独立的单元，可以单独进行单一组分的测量，以及敏感体最佳工作性能和节能的控制。智能传感器基于传感器电子数据表格(TEDS)进行测量、存储设计。传感器阵列使用多传感器数据融合技术，实现了同种类敏感体传感器的协同作用。本技术不仅实现了传感器的智能化，降低了测量误差，而且满足低功耗的要求，提高了监测的可靠性与长时间测量的稳定性。在低成本的基础上实现了连续在线测量分析空气环境组分。文档编号G01N33/00GK202710527SQ20122021943公开日2013年1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参数智能空气环境监测单元，其特征在于：包括二氧化锡敏感体智能传感器；传感器阵列；数据采集分析模块；流量可调气体通道；其中二氧化锡敏感体智能传感器用于特定气体成分的测量，并将数据传递给数据采集分析模块；多个感知不同气体含量的传感器形成阵列，实现多传感器测量的协同作用；数据采集分析模块实现电源控制、数据获取及数据优化；流量可调气体通道用于将气体采样、过滤通入传感器阵列，进而被气体敏感体感知，引起信号的变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐劲天，蔡东阳，曹欣荣，卓子寒，吴祖河，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：