CN209624543U - 一种气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开一种气体检测装置，包括：气体传感器阵列、主控制板、温湿度传感器、电磁阀和循环气泵，主控制板分别与气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接，电磁阀与循环气泵连接，循环气泵与气室连接，温湿度传感器用于采集气室中待测气体的温度和湿度，并发送给主控制板，气体传感器阵列用于采集待测气体的浓度，主控制板用于对温度和湿度进行温湿度补偿，确定待测气体的浓度，通过电磁阀控制循环气泵抽取待测气体，基于待测气体确定气味等级，电磁阀用于控制循环气泵抽取待测气体。与现有技术相比，本方案通过气体传感器阵列可以同时检测多种气体，还根据温湿度传感器采集的温度和湿度进行浓度补偿，提高了检测的准确度。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种气体检测装置。
背景技术
随着汽车工业的发展，用户对汽车的要求不断提高，尤其是车内气体的质量。如果车内包含甲醛、苯等有害气体，长期吸入将会对人体造成巨大伤害，因此，车内气体的质量是用户关注度非常高的一项指标。
现有技术中一些是利用人工检测，即根据检测员的嗅觉辨别车内的气味，这种检测方式不仅效率低、检测精度低，而且浪费了大量劳动力。还有一些检测方式是利用智能检测装置检测车内气体的浓度，这种检测装置只能检测出气体的浓度，而且可同时检测的气体种类较少，检测精度较低。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种气体检测装置，以提高气体的检测精度。
本实用新型实施例提供一种气体检测装置，包括：气体传感器阵列、主控制板、温湿度传感器、电磁阀和循环气泵，所述气体传感器阵列和所述温湿度传感器设置于气室内，所述主控制板分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接，所述电磁阀还与所述循环气泵连接，所述循环气泵与所述气室连接，
所述温湿度传感器用于采集所述气室中待测气体的温度和湿度，并将所述温度和湿度发送给所述主控制板；
所述气体传感器阵列用于采集待测气体的浓度；
所述主控制板用于对温度和湿度进行温湿度补偿，确定补偿后待测气体的浓度，还用于通过所述电磁阀控制所述循环气泵抽取待测气体，并基于所述待测气体确定所述待测气体的浓度和气味等级；
所述电磁阀用于根据所述主控制板的控制，控制所述循环气泵抽取待测气体。
进一步的，所述主控制板包括处理器和存储器，
所述处理器分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接；
所述存储器用于存储气体浓度和等级的关联关系以及温度和湿度与浓度之间的关联关系；
所述处理器用于第一预设时间后，控制所述电磁阀为第一工作状态，第二预设时间后，控制所述电磁阀为第二工作状态，还用于根据所述待测气体补偿后的浓度和存储的气体浓度和等级的关联关系确定所述待测气体的气味等级。
进一步的，所述循环气泵包括进气口和出气口，
所述进气口通过导气管与所述待测气体连接，用于当所述电磁阀为第一工作状态时，抽取待测气体，当所述电磁阀为第二工作状态时，抽取清洗气体；
所述出气口通过导气管与检测环境相连。
进一步的，所述气体传感器阵列包括八个气体传感器，所述八个传感器以阵列的方式排布，所述八个气体传感器同时采集所述气室中待测气体的浓度。
进一步的，还包括：触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述主控制板连接，用于显示所述待测气体的浓度和对应的等级。
进一步的，还包括：语音提示装置，所述语音提示装置与所述主控制板连接，用于对所述待测气体的浓度和对应的气味等级进行语音提示。
进一步的，还包括：报警装置，所述报警装置与所述主控制板连接，用于根据所述待测气体的气味等级进行相应的报警。
进一步的，还包括：指示灯，所述指示灯与所述主控制板连接，用于当所述待测气体的浓度大于或等于第一预设值时，根据所述主控制板的控制，进行红灯闪烁，当所述待测气体的浓度大于第二预设值且小于第一预设值时，根据所述主控制板的控制，进行黄灯闪烁。
本实用新型实施例提供一种气体检测装置，包括：气体传感器阵列、主控制板、温湿度传感器、电磁阀和循环气泵，所述气体传感器阵列和所述温湿度传感器设置于气室内，所述主控制板分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接，所述电磁阀还与所述循环气泵连接，所述循环气泵与所述气室连接，所述温湿度传感器用于采集所述气室中待测气体的温度和湿度，并将所述温度和湿度发送给所述主控制板，所述气体传感器阵列用于采集待测气体的浓度，所述主控制板用于对温度和湿度进行温湿度补偿，确定待测气体的浓度，还用于通过所述电磁阀控制所述循环气泵抽取待测气体，并基于补偿后所述待测气体确定所述待测气体的气味等级，所述电磁阀用于根据所述主控制板的控制，控制所述循环气泵抽取所述待测气体，与现有技术相比，本实用新型的方案通过气体传感器阵列可以同时检测多种气体，不仅可以检测浓度，还可以检测对应的气味等级，还根据温湿度传感器采集的温度和湿度进行浓度补偿，提高了检测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种气体检测装置的结构图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种气体检测装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
图1为本实用新型实施例提供的一种气体检测装置的结构图，参考图1，本实用新型实施例提供的气体检测装置，可以应用于气体的检测，比如可以检测汽车内气体的质量，具体的，该装置包括：气体传感器阵列110、主控制板120、温湿度传感器130、电磁阀140和循环气泵150，气体传感器阵列110和温湿度传感器130设置于气室100内，主控制板120分别与气体传感器阵列110、温湿度传感器130和电磁阀140连接，电磁阀140还与循环气泵150连接，循环气泵140与气室100连接，
温湿度传感器130用于采集气室100中待测气体的温度和湿度，并将所述温度和湿度发送给所述主控制板；
气体传感器阵列110用于采集待测气体的浓度；
主控制板120用于对温度和湿度进行温湿度补偿，确定补偿后待测气体的浓度，还用于通过电磁阀140控制循环气泵150抽取待测气体，并基于待测气体确定待测气体的气味等级；
电磁阀140用于根据主控制板120的控制，控制循环气泵150抽取待测气体。
气体传感器阵列110设置于气室100内，是由多个气体传感器组成的阵列传感器，气体传感器的型号、数量以及排列方式可以根据实际需要设计，例如当气体传感器阵列包含4个气体传感器时，可以排列成一排，也可以排列成两行两列，可以理解的是，不同的排列方式占用的空间不同，在设计气体传感器的排列方式时可以优选节省空间的排列方式，其中，将气体传感器阵列110设置于同一个气室100中是为了保证多个气体传感器检测到的数据是在相同条件下测得的，以降低检测误差，提高检测精度。气体传感器可以采集气室100内待测气体的浓度，不同型号的气体传感器采集的气体通常会不同，例如MICS5524型号的传感器可以检测一氧化碳、氨气、乙醇和甲烷等气体，TGS8100型号的传感器可以检测低浓度的香烟和厨房异味等气体，CCS801型号的传感器可以检测甲醛和酒精等气体。实际应用时，可以根据具体的检测环境确定气体传感器的型号，以便准确的检测环境中气体的成分。
实际应用过程中，气体传感器采集待测气体时，根据不同的浓度值产生的是模拟信号，而主控制板120处理的是数字信号，因此，气体传感器阵列110在采集待测气体之后需要经过A/D转换模块1110以将模拟信号转换为数字信号，供主控制板120使用。同时，为了提高检测精度，在进行A/D转换模块1110之前需要先进行滤波放大处理，以提高气体的检测质量，即气体传感器阵列110在采集待测气体之后经过滤波放大模块1100和A/D转换模块1110之后再传输给主控制板120，由主控制板120进行分析和处理，其中，滤波放大模块1100和A/D转换模块1110可以根据实际需要设计，实施例不进行限定。
温湿度传感器130可以同时检测气体的温度和湿度，测量时，将温湿度传感器130放置于待测气体中即可测量出待测气体的温度和湿度，实施例是将温湿度传感器130设置于气室100内，以测量气室100内待测气体的温度和湿度，并将测量的温度和湿度发送给主控制板120，其中，气体传感器阵列110和温湿度传感器130具体设置于气室100中的同一块电路板上。实施例对温湿度传感器130的型号不进行限定，例如可以采用STH21型号的温湿度传感器。需要说明的是，气室100是一个封闭的空间，待测气体扩散而影响测量结果。
电磁阀140是流体控制中的一种基础元件，可以根据不同的状态实现循环气泵150气路的切换，例如，当电磁阀140处于高电平时，循环气泵150采集待测气体，当电磁阀140处于低电平时，循环气泵150采集清洗气体，其中，清洗气体可以是标准气体或空气。电磁阀140工作状态的转变由主控制板120控制。可选的，电磁阀140的型号可以是OKD-0520系列。
循环气泵150用于抽取待测气体，包括进气口和出气口，其中，进气口用于抽取待测气体或清洗气体，当循环气泵150抽取待测气体时，可以通过主控制板120确定待测气体的浓度和等级。实际应用中，为了不影响后续气体的检测，在检测结束后还需要控制循环气泵150抽取清洗气体，对气室100进行清洗，避免气室100中存在残留待测气体，影响后续气体的检测。循环气泵150的具体结构和型号可以根据实际需要选择，例如循环气泵150可以选择型号为VAJ61.4-5V，额定电压为5V DC，峰值流量为1.4L/min，相对真空度为-33kPa的气泵。
主控制板120可以根据实际需要选择，例如可以选择基于ARM9芯片的BeagleBoneBlack(BBB)开发板。可以理解的是，气体在不同的温度和湿度下对应的浓度通常也会有差别，为了提高检测精度，本实施例的主控制板120根据温湿度传感器130采集的温度和湿度对温度和湿度进行温湿度补偿，以确定补偿后待测气体的浓度。具体的，主控制板120在接收到数字信号后，根据采集的温度和湿度基于温湿度补偿模型对待测气体的温度和湿度进行补偿，即将采集的温度和湿度输入温湿度补偿模型即可得到补偿后的浓度值，进而对补偿后的浓度值进行分析，确定待测气体的成分以及浓度对应的气味等级。
例如可以采用K近邻(K-Nearest Neighbor，KNN)算法、支持向量机(SupportVector Machine,SVM)或偏最小二乘(partial least-square)方法待测气体进行识别，确定待测气体中的各成分，并通过曲线的形式展示待测气体中的各成分以及对应的浓度。不同的气味等级对应的气体浓度不同，在根据浓度确定气味等级时，可以基于深度学习方法根据各成分的浓度确定对应的等级。也可以根据各成分的浓度确定一个综合浓度，根据该综合浓度确定对应的等级，比如将气味等级划分为三个等级，当综合浓度大于或等于第一阈值时，认为是高等级，小于第一阈值但大于或等于第二阈值时，认为是中等级，小于第二阈值时，认为是低等级，其中气味等级越高，表明气体浓度越高，空气质量越差。根据浓度和对应的等级可以使用户了解当前环境中气体的质量，并根据当前质量采取有效措施。
检测开始时，主控制板120控制电磁阀140位于高电平，使循环气泵150抽取待测气体至气室100，预设时间后，控制电磁阀140位于低电平，使循环气泵150抽取清洗气体，达到采样时间后，循环气泵150关闭，采样结束。抽取待测气体时，温湿度传感器130实时检测待测气体的温度和湿度，气体传感器阵列110中的气体传感器同时采集气室100中待测气体的浓度，并传输给主控制板120，主控制板120对温度和湿度进行温湿度补偿，确定气体的种类、补偿后的浓度以及对应的气味等级，其中，采样时间可以根据需要设置，例如采样时间为30s时，可以设置采集待测气体的时间为15s，采集清洗气体的时间为15s，采集清洗气体是为了在待测气体检测结束后清洗气室100，避免对下次气体检测造成干扰，影响检测精度。
需要说明的是，正式检测之前，需要先进行预热，以确保气体传感器阵列处于较佳的测试状态，预热时间通常为20-30分钟。另外，该装置一次使用的时间不宜过长，通常要小于3小时，使用时间过长会导致部分传感器出现温度飘移，影响测量精度。
本实用新型实施例提供一种气体检测装置，包括：气体传感器阵列、主控制板、温湿度传感器、电磁阀和循环气泵，所述气体传感器阵列和所述温湿度传感器设置于气室内，所述主控制板分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接，所述电磁阀还与所述循环气泵连接，所述循环气泵与所述气室连接，所述温湿度传感器用于采集所述气室中待测气体的温度和湿度，并将所述温度和湿度发送给所述主控制板，所述气体传感器阵列用于采集待测气体的浓度，所述主控制板用于对所述温湿度传感器采集的温度和湿度进行温湿度补偿，确定补偿后所述待测气体的浓度，还用于通过所述电磁阀控制所述循环气泵抽取待测气体，并基于所述待测气体确定所述待测气体的浓度和气味等级，所述电磁阀用于根据所述主控制板的控制，控制所述循环气泵抽取所述待测气体，与现有技术相比，本实用新型的方案通过气体传感器阵列可以同时检测多种气体，不仅可以检测浓度，还可以检测对应的气味等级，还根据温湿度传感器采集的温度和湿度进行温湿度补偿，提高了检测的准确度。
进一步地，图2为本实用新型实施例提供的另一种气体检测装置的结构图，参照图2，在上述实施例的基础上，主控制板120包括处理器1201和存储器1202，
处理器1201分别与气体传感器阵列110、温湿度传感器130和电磁阀140连接；
存储器1202用于存储气体浓度和等级的关联关系以及温度和湿度与浓度之间的关联关系；
处理器1201用于第一预设时间后，控制电磁阀140为第一工作状态，第二预设时间后，控制电磁阀140为第二工作状态，还用于根据所述待测气体补偿后的浓度和存储的气体浓度和等级的关联关系确定所述待测气体的气味等级。
气体浓度和等级的关联关系包括气体浓度和对应等级的确定关系，比如在确定气体浓度后，根据该关联关系可以确定出对应的等级，这种关联关系可以通过深度学习方法确定。温度和湿度与浓度之间的关联关系是根据温度和湿度确定相应浓度的方式，可以是具体的比例关系，也可以是反应温度和湿度与浓度之间补偿关系的温湿度补偿模型，即将温度和湿度输入温湿度补偿模型，温湿度补偿模型输出的浓度即为补偿后的浓度。
第一工作状态和第二工作状态可以根据实际需要设置，比如第一工作状态可以是高电平，第二工作状态可以是低电平，当然也可以设置为第一工作状态是低电平，第二工作状态是高电平，只要两种状态可以分别代表控制循环气泵150抽取待测气体和清洗气体即可。第一预设时间和第二预设时间也可以根据实际需求设置，比如第一预设时间可以设置为1s，第二预设时间可以设置为15s，可以理解的是，循环气泵150启动需要一定的时间，基于这种考虑，实施例设定第一预设时间后控制电磁阀140为第一工作状态。
以第一工作状态为高电平，第二工作状态为低电平为例，装置上电1s后，处理器1201控制电磁阀140为高电平，此时循环气泵150抽取待测气体，并经滤波放大和A/D转换之后传输给处理器1201，处理器1201识别待测气体的各组成成分，并根据气体浓度和等级的关联关系确定对应的等级。
在上述实施例的基础上，循环气泵150包括进气口1501和出气口1502，,进气口1501通过导气管与待测气体连接，用于当电磁阀140为第一工作状态时，抽取待测气体，当电磁阀140为第二工作状态时，抽取清洗气体；
出气口1502通过导气管与检测环境相连。
当电磁阀140为第一工作状态时，循环气泵150的进气口1501抽取待测气体，进入气室100，预设时间后，电磁阀140的工作状态为第二工作状态，此时循环气泵150的进气口1501抽取清洗气体。出气口1502通过导气管与检测环境相连，以将待测气体排放到检测环境中，实现气流的循环。在上述实施例的基础上，气体传感器阵列110包括八个气体传感器，所述八个传感器以阵列的方式排布，所述八个气体传感器同时采集所述气室中待测气体的浓度。
实施例设定气体传感器阵列110包括八个气体传感器，八个气体传感器的型号可以根据需要设置，例如可以选择型号分别为MICS5524、CCS801、MP801、TGS2602、TGS2600、TGS2603、SP3S和TGS8100的传感器，其中，MICS5524型号、TGS8100型号和CCS801型号的传感器的检测类型在前面已经介绍过，此处不再赘述。MP801型号的传感器可以检测苯、甲苯、醛甲苯、醛酒精、烟雾酒精和烟雾等，TGS2602型号的传感器可以检测氨气、硫化氢和酒精等，TGS2600型号的传感器可以检测氨气和酒精等，TGS2603型号的传感器可以检测三甲胺、甲基硫醇、胺系列和食物变质产生的硫化氢等，SP3S型号的传感器可以检测氢气、乙醇、一氧化碳和甲烷等。利用气体传感器阵列110检测待测气体，可以解决现有技术中检测气体单一的问题，实现多种气体的检测，进而提高检测精度。
在上述实施例的基础上，该装置还包括：触摸显示屏170，触摸显示屏170与主控制板120连接，用于显示所述待测气体的浓度和对应的等级。
为了便于用户直观的观察当前环境内气体的浓度，了解气体质量状况的优劣，实施例设置触摸显示屏170，主控制板120在分析出待测气体的成分和对应的气味等级后，以曲线的形式将气体传感器阵列110中各个气体传感器检测出的气体浓度以及当前浓度对应的气味等级通过触摸显示屏170显示出来，供用户查看。触摸显示屏170还可以将温湿度传感器130检测的温度和湿度进行显示。
在上述实施例的基础上，该装置还包括：语音提示装置160，语音提示装置160与主控制板120连接，用于对所述待测气体的浓度和对应的气味等级进行语音提示。
语音提示装置160用于将主控制板120分析出的待测气体的浓度和对应的气味等级以语音的方式通知用户，使用户及时了解当前环境的质量，可选的，当确定气味等级为中等级或及以上时，还可以通过语音提示用户当前环境的质量较差，应避免长时间待在该环境中，以免对身体造成伤害。
在上述实施例的基础上，该装置还包括：报警装置180，报警装置180与主控制板120连接，用于根据所述待测气体的气味等级进行相应的报警。
报警的方式可以根据实际需要设置，比如当气味等级分为高等级、中等级和低等级时，报警方式可以为低等级时响一声，中等级时响两声，高等级时响三声，也可以是低等级为震动，中等级为震动加一声响，高等级为三声响。报警声与气味等级相对应，用户根据报警声即可确定待测气体的气味等级，简单方便。在上述实施例的基础上，该装置还包括：指示灯190，指示灯190与主控制板120连接，用于当所述待测气体的浓度大于或等于第一预设值时，根据主控制板120的控制，进行红灯闪烁，当所述待测气体的浓度大于第二预设值且小于第一预设值时，根据主控制板120的控制，进行黄灯闪烁。
指示灯190的作用与报警装置180的功能类似，是提示用户当前空气质量的另一种方式。指示灯190闪烁的颜色和形式可以根据实际需要设置，例如当待测气体的浓度大于或等于第一预设值时，主控制板120控制指示灯190的红灯亮，当待测气体的浓度大于第二预设值且小于第一预设值时，主控制板120控制指示灯190的黄灯亮。指示灯190亮时，可以闪烁，也可以不闪烁，实施例设定指示灯190闪烁亮，实际应用时，语音提示装置160、报警装置180和指示灯190可以择一使用，也可以选择其中的两个搭配使用，还可以全部使用。
在上述实施例的基础上，该装置还包括供电模块和电压转换模块，其中供电模块可以是可充电聚合物电池，例如可以选择一块12V，2200mAh的可充电聚合物电池作为供电模块，为该装置供电。电压转换模块用于实现电压的转换，比如供电模块提供的电压为12V，循环气泵150需要的电压为5V，为了保证循环气泵150的正常工作，需要电压转换模块将12V转换为5V。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种气体检测装置，其特征在于，包括：气体传感器阵列、主控制板、温湿度传感器、电磁阀和循环气泵，所述气体传感器阵列和所述温湿度传感器设置于气室内，所述主控制板分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接，所述电磁阀还与所述循环气泵连接，所述循环气泵与所述气室连接，
所述温湿度传感器用于采集所述气室中待测气体的温度和湿度，并将所述温度和湿度发送给所述主控制板；
所述气体传感器阵列用于采集待测气体的浓度；
所述主控制板用于对所述温湿度传感器采集的温度和湿度进行温湿度补偿，确定补偿后所述待测气体的浓度，还用于通过所述电磁阀控制所述循环气泵抽取待测气体，并基于所述待测气体确定所述待测气体的气味等级；
所述电磁阀用于根据所述主控制板的控制，控制所述循环气泵抽取所述待测气体。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述主控制板包括处理器和存储器，
所述处理器分别与所述气体传感器阵列、温湿度传感器和电磁阀连接；
所述存储器用于存储气体浓度和等级的关联关系以及温度和湿度与浓度之间的关联关系；
所述处理器用于第一预设时间后，控制所述电磁阀为第一工作状态，第二预设时间后，控制所述电磁阀为第二工作状态，还用于根据补偿后所述待测气体的浓度和存储的气体浓度和等级的关联关系确定所述待测气体的气味等级。
3.根据权利要求2所述的气体检测装置，其特征在于，所述循环气泵包括进气口和出气口，
所述进气口通过导气管与所述待测气体连接，用于当所述电磁阀为第一工作状态时，抽取待测气体，当所述电磁阀为第二工作状态时，抽取清洗气体；
所述出气口通过导气管与检测环境相连。
4.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，所述气体传感器阵列包括八个气体传感器，所述八个传感器以阵列的方式排布，所述八个气体传感器同时采集所述气室中待测气体的浓度。
5.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，还包括：触摸显示屏，所述触摸显示屏与所述主控制板连接，用于显示所述待测气体的浓度和对应的等级。
6.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，还包括：语音提示装置，所述语音提示装置与所述主控制板连接，用于对所述待测气体的浓度和对应的气味等级进行语音提示。
7.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，还包括：报警装置，所述报警装置与所述主控制板连接，用于根据所述待测气体的气味等级进行相应的报警。
8.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，还包括：指示灯，所述指示灯与所述主控制板连接，用于当所述待测气体的浓度大于或等于第一预设值时，根据所述主控制板的控制，进行红灯闪烁，当所述待测气体的浓度大于第二预设值且小于第一预设值时，根据所述主控制板的控制，进行黄灯闪烁。
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|---|---|---|---|---|
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| CN113442676A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种车内空气质量控制系统 |
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