基于Android的多傳感器信息融合技術應用

　　介紹基于Android的多傳感器信息融合技術在氣溶膠自動化檢測中的應用。多個傳感器采用統(tǒng)一接口方式組網(wǎng)，每一個獨立傳感器采集的數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)骄W(wǎng)內的Android處理終端進行融合和分析。通過對5種傳感器進行組網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，結果證明多傳感器信息融合技術的應用增強了信息處理系統(tǒng)的適應性，實現(xiàn)了傳感器之間的數(shù)據(jù)互補，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范圍不同，各種檢測儀器間的信息存在互補性。不同儀器采用的協(xié)議類型和接口方式不同，給使用和實時檢測帶來很大不便。氣溶膠涵蓋的物質種類繁多，成分復雜，單一儀器往往只能采集一個或幾個參數(shù)。傳統(tǒng)方案在

　　多參數(shù)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中的應用加劇了系統(tǒng)的復雜程度，降低了系統(tǒng)的適應性及便捷操作性。

　　測量氣溶膠的空氣動力學粒譜儀、積分濁度儀、掃描遷移率粒譜儀、黑碳儀和Q-Trak Plus室內空氣質量監(jiān)測器能夠準確測量不同性質的氣溶膠參數(shù)，但是各種傳感器的測量結果常常出現(xiàn)不一致的情況，因此需要對測量結果進行綜合對比分析。氣溶膠的幾種測量儀器的結果互為補充，通過對比和綜合分析，可以得到氣溶膠的綜合性質，對大氣激光傳輸、輻射傳輸計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)一接口方式進行組網(wǎng)，每種儀器獨立采集數(shù)據(jù)互不影響，通過Android平臺處理終端對采集的數(shù)據(jù)進行融合、分析和評價，對觀測、分析和融合大氣氣溶膠數(shù)據(jù)具有一定的應用價值。

　　1 多傳感器信息融合系統(tǒng)架構

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

　　①APS～3321型空氣動力學粒徑譜儀是高性能、多用途的新一代粒子測量儀器，主要用來測量空氣動力學粒徑(0.5～20μm)和光散射強度(0.37～20 μm)。

　　②IN-3550型積分濁度計主要用來進行長期的可視距離監(jiān)控和地面及空中空氣質量的研究，它能夠連續(xù)不斷地檢測空中粒子光散射系數(shù)。

　?、跾MPS-3936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范圍內的顆粒物粒徑。

　?、躋T-8554型室內空氣品質監(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、風速、新風量、估計露點、濕球溫度和室外空氣百分比等。

　?、軦E-31型黑碳儀可以同時測量370 nm、470 mm、520 nm、590 nm、660 nm、880 nm和950 nm的黑碳氣溶膠質量濃度，提供比較全面的黑碳氣溶膠光學吸收性質數(shù)據(jù)信息。

　　5種測量儀器均支持RS232的接口通信標準，分別通過RS232連接藍牙模塊，ARM端信息融合應用系統(tǒng)通過藍牙接收并存儲這5種儀器采集的數(shù)據(jù)。在一個藍牙微微網(wǎng)中主節(jié)點最多可以有7個從節(jié)點，并且允許多至256個從節(jié)點與主節(jié)點保持在休眠狀態(tài)。藍牙的發(fā)射距離一般為10 m，通過增大發(fā)射功率可達100 m。組網(wǎng)方案中采用藍牙進行組網(wǎng)，完全可以滿足短距離無線通信的需要。結合實際情況，整個系統(tǒng)的組網(wǎng)方案設計如圖1所示。

　　ARM平臺Android處理終端采用ARM處理器，256MB內存，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，保證了長時間數(shù)據(jù)存儲;同時，搭載當下最熱門的谷歌移動嵌入式操作系統(tǒng)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。

　　2.1 數(shù)據(jù)接收模塊

　　數(shù)據(jù)接收模塊主要實現(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個儀器可以同時后臺執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集服務;配合Notification的便捷操作，實現(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。

　　儀器端藍牙同ARM端藍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)，同時繪制數(shù)據(jù)曲線。圖5為5種儀器同時在后臺運行的Notification效果圖。圖6～圖10分別為QT-8554、APS-3321、SMPS-3936、IN-3550、AE-31的實時數(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)文件而設計，提供隨時查看、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。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，本軟件設計時采用Android下自定義view的形式，設計了查看曲線的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，軟件中設計了單一數(shù)據(jù)曲線模式，通過“切換” 按鈕轉換到圖11(c)所示效果，并可以通過點擊左右箭頭實現(xiàn)不同參數(shù)曲線間的切換。