基于Android的氣溶膠自動化檢測應(yīng)用

基于Android的氣溶膠自動化檢測

應(yīng)用

摘要： 介紹基于Android的多傳感器信息融合技術(shù)在氣溶膠自動化檢測中

的應(yīng)用。多個(gè)傳感器采用統(tǒng)一接口方式組網(wǎng)，每一個(gè)獨(dú)立傳感器采集的數(shù)據(jù)通

過藍(lán)牙傳輸?shù)骄W(wǎng)內(nèi)的Android處理終端進(jìn)行融合和分析。通過對5種傳感器進(jìn)

行組網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，結(jié)果證明多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用增強(qiáng)了信息處理系統(tǒng)

的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了傳感器之間的數(shù)據(jù)互補(bǔ)，提高了系統(tǒng)的便攜性和移動性。

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(yīng)范圍不同，各種檢

測儀器間的信息存在互補(bǔ)性［16］。不同儀器采用的協(xié)議類型和接口方式不同，

給使用和實(shí)時(shí)檢測帶來很大不便。氣溶膠涵蓋的物質(zhì)種類繁多，成分復(fù)雜，單

一儀器往往只能采集一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)方案在多參數(shù)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中

的應(yīng)用加劇了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)的適應(yīng)性及便捷操作性。

測量氣溶膠的空氣動力學(xué)粒譜儀、積分濁度儀、掃描遷移率粒譜儀、黑碳

儀和QTrak Plus室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測器能夠準(zhǔn)確測量不同性質(zhì)的氣溶膠參數(shù)，但

是各種傳感器的測量結(jié)果常常出現(xiàn)不一致的情況，因此需要對測量結(jié)果進(jìn)行綜

合對比分析。氣溶膠的幾種測量儀器的結(jié)果互為補(bǔ)充，通過對比和綜合分析，

可以得到氣溶膠的綜合性質(zhì)，對大氣激光傳輸、輻射傳輸計(jì)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(tǒng)一接口方式進(jìn)行

組網(wǎng)，每種儀器獨(dú)立采集數(shù)據(jù)互不影響，通過Android平臺處理終端對采集的

數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和評價(jià)，對觀測、分析和融合大氣氣溶膠數(shù)據(jù)具有一定的

應(yīng)用價(jià)值。

1 多傳感器信息融合系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)中主要使用5種傳感器測量儀器對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和分析：

① APS3321型空氣動力學(xué)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(xué)粒徑（0.5~20 μm）和光散射強(qiáng)度（0.37~20 μm）

［2］。

② IN3550型積分濁度計(jì)主要用來進(jìn)行長期的可視距離監(jiān)控和地面及空中

空氣質(zhì)量的研究，它能夠連續(xù)不斷地檢測空中粒子光散射系數(shù)［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(nèi)的顆粒物粒徑［4］。

④ QT8554型室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)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(fēng)速、新風(fēng)量、估計(jì)露點(diǎn)、濕球溫度和室外空氣百分比

等［5］。

⑤ AE31型黑碳儀可以同時(shí)測量370 nm、470 nm、520 nm、590 nm、660

nm、880 nm和950 nm的黑碳?xì)馊苣z質(zhì)量濃度，提供比較全面的黑碳?xì)馊苣z光

學(xué)吸收性質(zhì)數(shù)據(jù)信息［6］。

5種測量儀器均支持RS232的接口通信標(biāo)準(zhǔn)，分別通過RS232連接藍(lán)牙模

塊，ARM 端信息融合應(yīng)用系統(tǒng)通過藍(lán)牙接收并存儲這5種儀器采集的數(shù)據(jù)。在

一個(gè)藍(lán)牙微微網(wǎng)中主節(jié)點(diǎn)最多可以有7個(gè)從節(jié)點(diǎn)，并且允許多至256個(gè)從節(jié)點(diǎn)

與主節(jié)點(diǎn)保持在休眠狀態(tài)。藍(lán)牙的發(fā)射距離一般為10 m，通過增大發(fā)射功率可

達(dá)100 m.組網(wǎng)方案中采用藍(lán)牙進(jìn)行組網(wǎng)，完全可以滿足短距離無線通信的需要。

結(jié)合實(shí)際情況，整個(gè)系統(tǒng)的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 多傳感器信息融合系統(tǒng)組網(wǎng)方案

ARM平臺Android處理終端采用ARM處理器，256 MB 內(nèi)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(shù)據(jù)曲線；配備

2G SD卡，保證了長時(shí)間數(shù)據(jù)存儲；同時(shí)，搭載當(dāng)下最熱門的谷歌移動

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(shí)用性，本信息融合軟件主要包括數(shù)據(jù)

接收模塊、文件管理模塊和設(shè)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(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主程序流程。

圖2 軟件主界面

圖3 數(shù)據(jù)采集主程序流程

2.1 數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收模塊主要實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)曲線的繪制和存儲。通

過繼承Android平臺下的Service類，建立5個(gè)儀器可以同時(shí)后臺執(zhí)行的數(shù)據(jù)

采集服務(wù)；配合NotificatiON的便捷操作，實(shí)現(xiàn)不同儀器數(shù)據(jù)采集界面的切換。

數(shù)據(jù)接收模塊程序流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)接收模塊程序流程

儀器端藍(lán)牙同ARM端藍(lán)牙建立連接后開始數(shù)據(jù)傳輸，信息融合系統(tǒng)開始采

集并存儲數(shù)據(jù)，同時(shí)繪制數(shù)據(jù)曲線。圖5為5種儀器同時(shí)在后臺運(yùn)行的

Notification效果圖。圖6~圖10分別為QT8554、APS3321、SMPS3936、

IN3550、AE31的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖。

2.2 文件管理模塊

文件管理模塊主要為查看歷史數(shù)據(jù)文件而設(shè)計(jì)，提供隨時(shí)查看、分析歷史

數(shù)據(jù)的功能。對歷史數(shù)據(jù)文件的操作主要有數(shù)據(jù)信息查看和數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)。另

外，為了更直觀地反映數(shù)據(jù)的變化趨勢，歷史數(shù)據(jù)文件操作模塊中采用數(shù)據(jù)曲

線還原方案，再現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程中的數(shù)據(jù)曲線，并提供曲線的放大縮小查看模

式，便于查看數(shù)據(jù)變化情況。

圖11為數(shù)據(jù)曲線查看功能的效果圖。其中圖11（a）為打開曲線查看模式

后的初始模式。為便于查看較大數(shù)據(jù)文件，本軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用Android下自定

義view的形式，設(shè)計(jì)了查看曲線的picview控件。添加觸控操作，可以方便地

左右滑動以查看各個(gè)階段的數(shù)據(jù)。圖11（b）顯示了向右滑動picview后的效

果圖。由于數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)種類較多，軟件中設(shè)計(jì)了單一數(shù)據(jù)曲線模式，通

過“切換”按鈕轉(zhuǎn)換到圖11（c）所示效果，并可以通過點(diǎn)擊左右箭頭實(shí)現(xiàn)不

同參數(shù)曲線間的切換。

圖5 Notification效果圖

圖6 QT8554實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖

圖7 APS3321實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖

圖8 SMPS3936實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖

圖9 IN3550實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖

圖10 AE31實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線圖

圖11數(shù)據(jù)曲線查看功能的效果圖

2.3 設(shè)置管理模塊

設(shè)置管理模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)配置及軟件幫助信息的查看等功能。軟件

中配置信息的存儲方式分別采用了Android提供的共享優(yōu)先數(shù)據(jù)方法（shared

preferences），如文件管理模塊中記憶功能開關(guān)的配置和在線離線模式切換的

配置；Android下標(biāo)準(zhǔn)的SQLite數(shù)據(jù)庫形式，如藍(lán)牙ID信息配置等；基本的

文件存儲形式，如幫助文件等。