一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统及其检测方法。所述系统包括单片机、多种气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器和液晶屏显示电路。本发明专利技术通过多种气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器和烟雾传感器来收集室内空气质量参数，并结合数学建模的办法，利用半集均方差、层次分析加权法将得到的多个传感器信息参数融合成空气质量指数这一个常用参数，进而可用于空气质量测量仪器或者空气净化器等设备。本发明专利技术可以有效地改善各个传感器因为自身硬件误差影响而造成总体误差，进而提高空气质量指数这一参数的可信度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统及其检测方法
本专利技术涉及空气质量检测
，具体涉及一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统及其检测方法。
技术介绍
随着现代工业和交通的迅猛发展，烟尘和汽车尾气等的排放，超越了大气的自净界限，接踵而至的却是一个十分严峻的问题—大气污染。对大气污染影响较大的污染物有：硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化合物、粉尘等。大气污染物对我们身体的影响是巨大的，而2013年以来日益频发的雾霾天气已经严重影响到人们的日常生活。“生态文明”是被列为当前的一大重要议题，坚持节约资源和保护环境基本国策，努力走向生态文明新时代。目前市面上的空气质量检测仪器五花八门，而大多数的检测仪器只是简单地通过气体传感器对空气参数进行了采集，然后通过液晶屏直接显示出来以供用户查阅，并没有对收集到的传感器信息作进一步的优化处理。为了有效提高传感器数据与空气质量指数这一指标的关联性，我们通过建立空气质量数学模型的方法，运用MATLAB软件对算法进行了编程验证，有效地将电路硬件和软件算法结合在了一起，大大地提高了数据的真实性和可靠性。
技术实现思路
为了对各类传感器采集到的信息进行进一步的数据处理和优化，进而提高空气质量指数这一空气质量指标，本专利技术提供了可以安装在空气净化器或者油烟净化器尾部，基于多传感器融合的空气质量检测系统。通过基于半集均方差、层次分析加权法的空气质量数学模型，运用MATLAB对算法进行验证，实现了将传感器收集到的数据合理地转换成空气质量指数这一常用参数的目的，有效地将硬件电路和算法结合在了一起，提高了数据的可靠性。本专利技术的另一个目的是提供一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统的检测方法。本专利技术通过采用以下技术方案实现。一种基于多传感器数据融合的空气质量检测系统，其包括单片机、多种气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器和液晶屏显示电路；单片机接收到的数据也会通过液晶屏显示电路进行显示，供用户实时观察，单片机还把数据保存在储存芯片上，用户通过系统设有的按键进行以往数据的查看和调用。进一步地，所述的传感器包括臭氧传感器、一氧化碳传感器、PM2.5粉尘传感器，各传感器通过模拟输出端口与模数转换芯片ADC0832的CH0口进行连接，模数转换芯片ADC0832的数据输出端口DO与单片机的IO端口连接；而温湿度传感器中的温度传感器以及湿度传感器则直接与单片机相连，将检测到的温湿度数据直接传送到单片机内部并进行处理和保存；通过臭氧传感器、一氧化碳传感器、PM2.5粉尘传感器、温度传感器以及湿度传感器精确地测量出各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过模数转换芯片ADC0832的CH0引脚输送至模数转换芯片进行模数转换，将通过转换芯片转换后的数字数据传送到单片机以供单片机控制处理；各传感器最终传输到单片机芯片的数据再通过单片机处理后在液晶屏显示电路上显示，并把接收到的数据保存在与单片机直接连接储存芯片内部；同时，用户能通过与单片机直接相连的电路面板上的按钮进行数据的查看和调用。进一步地，所述的臭氧传感器、一氧化碳传感器为MQ系列传感器，该类传感器为半导体传感器，其集成模块上有四个引脚，其中传感器正常工作时，VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，AO引脚输出的零至5V的模拟电压可用于模数转换芯片进行采集转换，DO则悬空。进一步地，所述的温度传感器选择的型号为DS18B20，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DQ引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DQ引脚通过实现写好的通讯代码直接与stc89c51单片机进行数据通讯。进一步地，所述的温度传感器选择的型号为DS18B20，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DQ引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DQ引脚通过实现写好的通讯代码直接与单片机进行数据通讯。进一步地，所述的湿度传感器选择的型号为DHT11，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DATA引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DATA引脚通过实现写好的通讯代码直接与单片机进行数据通讯。进一步地，单片机通过外置模数转换芯片收集到的数据以及直接通过IO口收集到的数据，在经过半集均方差、层次分析加权法处理后得到空气质量指数AQI并将其显示在液晶屏显示电路上，同时将得到的空气质量指数AQI数据保存在储存芯片内部。利用所述基于多传感数据融合的空气质量检测系统的检测方法，其包含以下三个部分：A、数据的收集S1、接通电源后，各个传感器进行预热；预热结束后，臭氧传感器、一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器向模数转换芯片ADC0832的CH0输送一个0‐5V的模拟电压；而温度传感器DS18B20和湿度传感器DHT11则直接通过对应的DQ和DATA引脚与单片机进行通讯；S2、模数转换芯片ADC0832采集CH0口的电平信息，将模拟量转化成stc89c51可识别的数字量，并输送给单片机；S3、单片机对模数转换芯片ADC0832传输过来的数字数据以及温湿度传感器直接传送的数字数据进行采集，并保存为变量以供后续进行数据处理；B、数据的处理S1、把测得的臭氧浓度，一氧化碳浓度、PM2.5浓度以及当地典型的二氧化硫浓度、二氧化氮浓度以及PM10浓度数据代入一维插值公式，分别进行计算6个指标各自对应的空气质量分指数；S2、采用层次分析加权法得到各个污染物空气质量指数(AQI)所占的权重；构造判断矩阵A，通过对6个空气评价指标相对应的重要程度进行分析和判断，构建判断矩阵A；S3、然后通过修正后的半集均方差公式Pi大于中位数半集的分指数；m大于中位数半集的分指数个数；Q对各个指标空气质量分指数加权后得到的综合指数；Sh’修正后的半集均方差；进行半集均方差计算；S4、通过计算式AQI＝Q+Sh'得到修正后的空气质量指数(AQI)的标准值，并将其保存为名称为AQI的变量储存在单片机内部；C、数据的显示和储存S1、单片机通过将空气质量指数(AQI)传输到lcd1602显示屏上显示；S2、单片机将空气质量指数(AQI)储存到储存芯片内部。进一步地，把测得的臭氧浓度，一氧化碳浓度、PM2.5浓度以及当地典型的二氧化硫浓度、二氧化氮浓度以及PM10浓度数据代入以下的一维插值公式，分别进行计算6个指标各自对应的空气质量分指数，所述6个指标包括二氧化硫(SO2)、氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、可吸入颗粒物(粒径小于等于10μm)、细颗粒物(粒径小于等于2.5μm)的1小时平均值；其中IAQIp为对应污染物P的空气质量分指数；Cp为对应污染物P的质量浓度值；BPHi为与Cp相近的污染物浓度限值的高值位；BPLo为与Cp相近的污染物浓度限值的低值位；IAQIHi为与BPHi对应的空气质量分指数；IAQILo为与BPLo对应的空气质量分指数；IAQI为空气质量分数。所述的检测方法先通过多种传感器进行数据采集，并将收集到的数据输送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多传感器数据融合的空气质量检测系统，其特征在于包括单片机、多种气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器和液晶屏显示电路；单片机接收到的数据也会通过液晶屏显示电路进行显示，供用户实时观察，单片机还把数据保存在储存芯片上，用户通过系统设有的按键进行以往数据的查看和调用。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器数据融合的空气质量检测系统，其特征在于包括单片机、多种气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器和液晶屏显示电路；单片机接收到的数据也会通过液晶屏显示电路进行显示，供用户实时观察，单片机还把数据保存在储存芯片上，用户通过系统设有的按键进行以往数据的查看和调用。2.根据权利要求1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：所述的传感器包括臭氧传感器、一氧化碳传感器、PM2.5粉尘传感器，各传感器通过模拟输出端口与模数转换芯片ADC0832的CH0口进行连接，模数转换芯片ADC0832的数据输出端口DO与单片机的IO端口连接；而温湿度传感器中的温度传感器以及湿度传感器则直接与单片机相连，将检测到的温湿度数据直接传送到单片机内部并进行处理和保存；通过臭氧传感器、一氧化碳传感器、PM2.5粉尘传感器、温度传感器以及湿度传感器精确地测量出各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过模数转换芯片ADC0832的CH0引脚输送至模数转换芯片进行模数转换，将通过转换芯片转换后的数字数据传送到单片机以供单片机控制处理；各传感器最终传输到单片机芯片的数据再通过单片机处理后在液晶屏显示电路上显示，并把接收到的数据保存在与单片机直接连接储存芯片内部；同时，用户能通过与单片机直接相连的电路面板上的按钮进行数据的查看和调用。3.根据权利1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：所述的臭氧传感器、一氧化碳传感器为MQ系列传感器，该类传感器为半导体传感器，其集成模块上有四个引脚，其中传感器正常工作时，VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，AO引脚输出的零至5V的模拟电压可用于模数转换芯片进行采集转换，DO则悬空。4.根据权利1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：所述的温度传感器选择的型号为DS18B20，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DQ引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DQ引脚通过实现写好的通讯代码直接与stc89c51单片机进行数据通讯。5.根据权利1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：所述的温度传感器选择的型号为DS18B20，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DQ引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DQ引脚通过实现写好的通讯代码直接与单片机进行数据通讯。6.根据权利1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：所述的湿度传感器选择的型号为DHT11，其有三个引脚，其中VCC引脚与单片机+5V扩展电源引脚连接，GND与单片机GND扩展电源引脚连接，DATA引脚直接与单片机的IO引脚进行连接；其正常工作时，DATA引脚通过实现写好的通讯代码直接与单片机进行数据通讯。7.根据权利1所述的基于多传感数据融合的空气质量检测系统，其特征在于：单片机通过外置模数转换芯片收集到的数据以及直接通过IO口收集到的数据，在经过半集均方差、层次分析加权法处理后得到空气质量指数AQI并将其显示在液晶屏显示电路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆展辉，肖文勋，沈栋，李培辉，邹泽宇，李富盛，林丹，于俊杰，姚蔚琳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44