CN207515834U - 一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于多传感器信息融合的空气质量检测系统，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；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。本实用新型结构简单，设计合理，成本低，该电路设计可以实现传感器数据融合的空气质量检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种安装在空气净化器或者油烟净化器技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
为了提高空气质量指数这一空气质量指标，本实用新型提供了一种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。
本实用新型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，所述的多种气体传感器包括MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器，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；而温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11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MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器、温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11测量出浴室内的各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过模数转换芯片ADC0832进行模数转换，模数转换芯片ADC0832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stc89c51单片机进行数据通讯。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
本检测系统使用了MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器、温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11等多个传感器，可以有效获得PM2.5、一氧化碳、臭氧、温度和湿度等多个空气质量参数，相比市面上只有一两个传感器的空气检测仪器，本实用新型提供的可利用数据更多。
本实用新型结构简单，容易实现，本实用新型的空气检测硬件电路设计，更好地提高了空气质量指数这一参数指标的可靠性和正确性。
附图说明
图1为实例中空气质量检测系统的结构及原理示意图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本实用新型的具体的实施方式作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此，需指出的是，本实用新型的关键在于对硬件结构提出的技术方案，以下若有涉及控制或算法部分，均是芯片自身具有或者本领域技术人员可参照现有技术编程实现的。
图1是该空气质量检测系统的流程图，MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器直接将测得得臭氧浓度数据、一氧化碳浓度数据、PM2.5浓度数据以模拟电压的形式传送给模数转换芯片ADC0832，再由模数转换芯片ADC0832将采集到的模拟数据转换成数字数据传送到stc89c51单片机中；而温度传感器DS18B20和湿度传感器DHT11则是直接与stc89c51单片机连接并把数据直接输送给单片机内部；stc89c51单片机在接收到数据后，作为实例，可以采用内部编写好的半集均方差、层次分析加权算法对数据进行算术处理最终得到空气质量指数(AQI)，并把该数据显示在lcd1602液晶显示屏上以供用户查看，同时并保存在EPCS64储存芯片内部以供用户调用。
所述的传感器包括MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器，各类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；而温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11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MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器、温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11精确地测量出浴室内的各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过ADC0832的CH0引脚输送至ADC0832芯片进行模数转换。作为实例，可以在stc98c51单片机中编写相应的读取控制程序，将通过ADC0832转换芯片转换后的数字数据传送到51单片机以供单片机控制处理；各类传感器最终传输到stc89c51单片机芯片的数据再通过对单片机进行合理的编程，通过lcd1602液晶显示屏显示在液晶屏幕上，并把接收到的数据保存在储存芯片EPCS64内部；同时，用户也可通过电路面板上的按钮进行数据的查看和调用。
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；具有造价低，灵敏性高，寿命长，驱动电路简单的特点。
所述的夏普PM2.5粉尘传感器选择的型号为GP2Y1010AU0F，其有六个引线端口，其中1号脚通过一个220uf的电解电容接地，2号和4号引脚直接接地，3号引脚与一个220欧姆的电阻串联后接到单片机的一个IO口，5号脚则是直接与ADC0832芯片的CHO接口连接；正常工作时，模数转换芯片ADC0832通过对PM2.5传感器的5脚电压进行采集，并转换成数字数据传送stc89c51单片机；具有价格低廉，外设电路简单，可靠性强的特点。
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；其具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
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stc89c51单片机进行数据通讯；其具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
所述的控制显示电路系统使用stc89c51单片机作为控制芯片，而lcd1602作为液晶显示屏，所收集到的数据通过与单片机直接连接的储存芯片EPCS64保存；单片机通过外置ADC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lcd1602上，同时将得到的AQI数据保存在EPCS64芯片内部。
所使用的数据处理方法为半集均方差、层次分析加权法，其处理方式是先把测得的6个实时报的指标的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；然后采用层次分析加权法得到各个污染物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；接着通过的修正后的半集均方差公式
Pi为大于中位数半集的分指数；
m为大于中位数半集的分指数个数；
Q为对各个指标空气质量分指数加权后得到的综合指数；
Sh’为修正后的半集均方差；
进行半集均方差计算；最后通过计算式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。
Claims (4)
1.一种基于多传感器信息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、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；所述的多种气体传感器包括MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器，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；而温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11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MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器、温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11测量出浴室内的各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过模数转换芯片ADC0832进行模数转换，模数转换芯片ADC0832转换后的数字数据传送到单片机以供单片机控制处理。
2.根据权利要求1所述的基于多传感器信息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。
3.根据权利要求1所述的基于多传感器信息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引脚直接与stc89c51单片机进行数据通讯。
4.根据权利要求1所述的基于多传感器信息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引脚直接与stc89c51单片机进行数据通讯。
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|---|---|---|---|---|
| CN109884253A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-14 | 北京英视睿达科技有限公司 | 确定大气质量指数的方法及装置 |
| CN111024899A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 铜仁学院 | 一种空气质量检测的方法 |
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