多參數智能空氣環境監測單元制造技術

本實用新型專利技術公開了一種多參數智能空氣環境監測單元，屬于環境監測技術領域。包括：二氧化錫敏感體智能傳感器，傳感器陣列，輸入輸出氣體通道，數據采集分析模塊。其中智能傳感器作為一個獨立的單元，可以單獨進行單一組分的測量，以及敏感體最佳工作性能和節能的控制。智能傳感器基于傳感器電子數據表格(TEDS)進行測量、存儲設計。傳感器陣列使用多傳感器數據融合技術，實現了同種類敏感體傳感器的協同作用。本實用新型專利技術不僅實現了傳感器的智能化，降低了測量誤差，而且滿足低功耗的要求，提高了監測的可靠性與長時間測量的穩定性。在低成本的基礎上實現了連續在線測量分析空氣環境組分。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于氣體環境監測領域，涉及固體敏感材料智能傳感器的設計及多傳感器陣列數據融合進行空氣環境監測的技術。
技術介紹
目前空氣組分檢測多采用電化學、紅外光學及固體敏感材料傳感器。其中固體敏感材料傳感器由于價格低，應用廣泛。但是現有的固體敏感材料傳感器由于交叉敏感特性，單個傳感器進行測量容易受干擾，誤差較大。同時由于敏感體有最佳工作溫度，如果不能控制敏感體工作在最佳溫度，也會影響測量誤差，此外控制溫度也可以顯著降低傳感器功耗。為實現智能傳感器的標準化，IEEE技術委員會提出了智能傳感器設計的一系列標準,其中電子數據表格(Transducer Electronic Data Sheet, TEDS)實現了傳感器數據存 儲、處理及即插即用的功能。采用電子數據表格TEDS從軟件方面改進了智能傳感器的設計，擴展了智能傳感器的應用場景，并可實現不同廠家傳感器的替換。
技術實現思路
針對上述問題，本技術提供了一種多參數空氣環境監測單元，其特征在于包括二氧化錫敏感體智能傳感器；傳感器陣列；數據采集分析模塊；流量可調氣體通道；其中二氧化錫敏感體智能傳感器用于特定氣體成分的測量，并將數據傳遞給數據采集分析模塊；多個感知不同氣體含量的傳感器形成陣列，實現多傳感器測量的協同作用；數據采集分析模塊實現電源控制、數據獲取及數據優化；流量可調氣體通道用于將氣體采樣、過濾通入傳感器陣列，進而被氣體敏感體感知，引起信號的變化。所述的智能傳感器以二氧化錫為敏感材料，敏感體有空心圓柱體金屬外殼，外殼上有網狀氣孔。智能傳感器以AVR單片機和溫度傳感器為反饋、控制、測量、存儲核心；溫度傳感器通過導熱膠與敏感體緊密接觸。采用多個智能傳感器形成陣列，使用多傳感器數據融合技術提高測量精度，傳感器按照2*2，2*3，3*3的方式排列在電路板上。數據采集分析模塊采用AVR的單片機為核心，以總線方式進行通訊。包括采樣氣體進氣道和出氣道，進氣道用可調速氣體采樣泵通過一個過濾球將氣體送入傳感器陣列。不同二氧化錫含量的敏感體在最佳工作溫度附近測量精度高，空心圓柱散熱外殼用來保持敏感體的熱平衡。外殼上氣孔用來采用進入的氣體。AVR單片機根據數據采集的頻率，采用脈寬調制的方式控制多個智能傳感器的電源通斷，滿足傳感器預熱與數據采集的要求，并最大程度的降低功耗。溫度傳感器監測敏感體表面的溫度，完成敏感體的預熱及保證敏感體始終工作在最佳溫度。單片機內部的EEPROM可以存儲傳感器電子數據表格TEDS的信息，完成傳感器的識別，測量結果的校準，然后傳遞給數據采集控制核心；數據采集分析模塊，通過識別的傳感器信息，根據傳感器的預熱時間，設定多個傳感器的啟動序列，實現低功耗。當主控單片機接收到多個傳感器數據，通過傳感器的交叉敏感特性，對傳感器數據進行修正，實現多傳感器的數據融合，并按照一定的方式將數據打包通過CAN總線或者485總線傳給上位機或顯示單元；控制流量的氣體通道，采用靜音氣泵，由數據采集分析模塊控制氣泵的運行，氣泵前端的過濾球，將空氣中的粉塵和水蒸氣進行簡單的過濾，提高傳感器的使用壽命和測量精度，并保持穩定的氣流，出氣道為電路板上的小孔。智能傳感器內置的TEDS傳感器電子數據表格，基于IEEE1451協議規范制定，可實現傳感器的即插即用，并且采集的數據通過校準矩陣可直接進行轉換。多傳感器數據融合算法，利用二氧化錫敏感體的交叉敏感特性，實現多個傳感器結果的交叉修正，該算法實現通過數據采集分析模塊的單片機完成。 本技術的有益效果是，可以在降低成本的同時實現氣體成分的高精度測量，結構緊湊，低功耗。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本專利技術的限定。在附圖中圖I是本技術的電路原理圖。圖2是二氧化錫敏感體智能傳感器電路原理圖。圖中I.氣體過濾球，2.氣泵，3.傳感器陣列，4. 二氧化錫敏感體智能傳感器，5.數據采集分析模塊，6.智能傳感器低功耗AVR單片機，7. 二氧化錫敏感體，8.敏感體溫度傳感器。具體實施方式請參閱圖I所示，本技術多參數智能空氣環境監測單元包括二氧化錫敏感體智能傳感器，傳感器陣列，輸入輸出氣體通道，數據采集分析模塊。單個智能傳感器感知某一氣體成分，并通過溫度反饋，單片機控制維持敏感體在特定的溫度。多個感知不同氣體含量的傳感器形成陣列，實現數據測量和傳輸；數據采集分析模塊控制傳感器的電源，獲取多個傳感器的數據，并通過數據融合算法將結果優化；流量可調氣體通道用于將氣體采樣、過濾通入傳感器陣列，進而被氣體敏感體感知，引起信號的變化。如圖2所示，二氧化錫敏感體智能傳感器包括溫度傳感器、二氧化錫敏感體和低功耗測量控制單片機。二氧化錫敏感體智能傳感器用于感知特定氣體的含量，并將數據通過單片機UART接口傳遞給數據采集分析模塊。 優選的，所述智能傳感器內置AVR單片機控制器為ATMEGA88或ATMEGA8，數字溫度傳感器為DS18B20 ；優選的，所述數據采集分析模塊AVR單片機采用ATMEGA128 ；優選的，可調速氣泵采用無刷真空泵。權利要求1.一種多參數智能空氣環境監測單元，其特征在于包括二氧化錫敏感體智能傳感器；傳感器陣列；數據采集分析模塊；流量可調氣體通道；其中二氧化錫敏感體智能傳感器用于特定氣體成分的測量，并將數據傳遞給數據采集分析模塊；多個感知不同氣體含量的傳感器形成陣列，實現多傳感器測量的協同作用；數據采集分析模塊實現電源控制、數據獲取及數據優化；流量可調氣體通道用于將氣體采樣、過濾通入傳感器陣列，進而被氣體敏感體感知，引起信號的變化。2.如權利要求I所述的多參數空氣環境監測單元，其特征在于所述的智能傳感器以二氧化錫為敏感材料，敏感體有空心圓柱體金屬外殼，外殼上有網狀氣孔。3.如權利要求I或2所述的空氣環境監測單元，其特征在于智能傳感器以AVR單片機和溫度傳感器為反饋、控制、測量、存儲核心；溫度傳感器通過導熱膠與敏感體緊密接觸。4.如權利要求I所述的空氣環境監測單元，其特征在于采用多個智能傳感器形成陣列，使用多傳感器數據融合技術提高測量精度，傳感器按照2*2，2*3，3*3的方式排列在電路板上。5.如權利要求I所述的空氣環境監測單元，其特征在于數據采集分析模塊采用AVR的單片機為核心，以總線方式進行通訊。6.如權利要求I所述的空氣環境監測單元，其特征在于包括采樣氣體進氣道和出氣道，進氣道用可調速氣體采樣泵通過一個過濾球將氣體送入傳感器陣列。專利摘要本技術公開了一種多參數智能空氣環境監測單元，屬于環境監測
包括二氧化錫敏感體智能傳感器，傳感器陣列，輸入輸出氣體通道，數據采集分析模塊。其中智能傳感器作為一個獨立的單元，可以單獨進行單一組分的測量，以及敏感體最佳工作性能和節能的控制。智能傳感器基于傳感器電子數據表格(TEDS)進行測量、存儲設計。傳感器陣列使用多傳感器數據融合技術，實現了同種類敏感體傳感器的協同作用。本技術不僅實現了傳感器的智能化，降低了測量誤差，而且滿足低功耗的要求，提高了監測的可靠性與長時間測量的穩定性。在低成本的基礎上實現了連續在線測量分析空氣環境組分。文檔編號G01N33/00GK202710527SQ20122021943公開日2013年1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多參數智能空氣環境監測單元，其特征在于：包括二氧化錫敏感體智能傳感器；傳感器陣列；數據采集分析模塊；流量可調氣體通道；其中二氧化錫敏感體智能傳感器用于特定氣體成分的測量，并將數據傳遞給數據采集分析模塊；多個感知不同氣體含量的傳感器形成陣列，實現多傳感器測量的協同作用；數據采集分析模塊實現電源控制、數據獲取及數據優化；流量可調氣體通道用于將氣體采樣、過濾通入傳感器陣列，進而被氣體敏感體感知，引起信號的變化。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐勁天，蔡東陽，曹欣榮，卓子寒，吳祖河，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：實用新型
國別省市：