基于A(yíng)ndroid的多傳感器信息融合技術(shù)應用

　　介紹基于Android的多傳感器信息融合技術(shù)在氣溶膠自動(dòng)化檢測中的應用。多個(gè)傳感器采用統一接口方式組網(wǎng)，每一個(gè)獨立傳感器采集的數據通過(guò)藍牙傳輸到網(wǎng)內的Android處理終端進(jìn)行融合和分析。通過(guò)對5種傳感器進(jìn)行組網(wǎng)采集數據，結果證明多傳感器信息融合技術(shù)的應用增強了信息處理系統的適應性，實(shí)現了傳感器之間的數據互補，提高了系統的便攜性和移動(dòng)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(lèi)型和接口方式不同，給使用和實(shí)時(shí)檢測帶來(lái)很大不便。氣溶膠涵蓋的物質(zhì)種類(lèi)繁多，成分復雜，單一儀器往往只能采集一個(gè)或幾個(gè)參數。傳統方案在

　　多參數數據采集分析系統中的應用加劇了系統的復雜程度，降低了系統的適應性及便捷操作性。

　　測量氣溶膠的空氣動(dòng)力學(xué)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(zhì)量監測器能夠準確測量不同性質(zhì)的氣溶膠參數，但是各種傳感器的測量結果常常出現不一致的情況，因此需要對測量結果進(jìn)行綜合對比分析。氣溶膠的幾種測量?jì)x器的結果互為補充，通過(guò)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，將多種儀器采用統一接口方式進(jìn)行組網(wǎng)，每種儀器獨立采集數據互不影響，通過(guò)Android平臺處理終端對采集的數據進(jìn)行融合、分析和評價(jià)，對觀(guān)測、分析和融合大氣氣溶膠數據具有一定的應用價(jià)值。

　　1 多傳感器信息融合系統架構

　　本系統中主要使用5種傳感器測量?jì)x器對數據進(jìn)行采集、存儲和分析：

　?、貯PS～3321型空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀是高性能、多用途的新一代粒子測量?jì)x器，主要用來(lái)測量空氣動(dòng)力學(xué)粒徑(0.5～20μm)和光散射強度(0.37～20 μm)。

　?、贗N-3550型積分濁度計主要用來(lái)進(jìn)行長(cháng)期的可視距離監控和地面及空中空氣質(zhì)量的研究，它能夠連續不斷地檢測空中粒子光散射系數。

　?、跾MPS-3936型掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀主要用來(lái)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(zhì)監測器主要用來(lái)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、估計露點(diǎn)、濕球溫度和室外空氣百分比等。

　?、軦E-31型黑碳儀可以同時(shí)測量370 nm、470 mm、520 nm、590 nm、660 nm、880 nm和950 nm的黑碳氣溶膠質(zhì)量濃度，提供比較全面的黑碳氣溶膠光學(xué)吸收性質(zhì)數據信息。

　　5種測量?jì)x器均支持RS232的接口通信標準，分別通過(guò)RS232連接藍牙模塊，ARM端信息融合應用系統通過(guò)藍牙接收并存儲這5種儀器采集的數據。在一個(gè)藍牙微微網(wǎng)中主節點(diǎn)最多可以有7個(gè)從節點(diǎn)，并且允許多至256個(gè)從節點(diǎn)與主節點(diǎn)保持在休眠狀態(tài)。藍牙的發(fā)射距離一般為10 m，通過(guò)增大發(fā)射功率可達100 m。組網(wǎng)方案中采用藍牙進(jìn)行組網(wǎng)，完全可以滿(mǎn)足短距離無(wú)線(xiàn)通信的需要。結合實(shí)際情況，整個(gè)系統的組網(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據曲線(xiàn);配備2G SD卡，保證了長(cháng)時(shí)間數據存儲;同時(shí)，搭載當下最熱門(mén)的谷歌移動(dòng)嵌入式操作系統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據接收模塊、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為信息融合系統的數據采集主程序流程。

　　2.1 數據接收模塊

　　數據接收模塊主要實(shí)現多傳感器數據的接收、數據曲線(xiàn)的繪制和存儲。通過(guò)繼承Android平臺下的Service類(lèi)，建立5個(gè)儀器可以同時(shí)后臺執行的數據采集服務(wù);配合Notification的便捷操作，實(shí)現不同儀器數據采集界面的切換。數據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(kāi)始數據傳輸，信息融合系統開(kāi)始采集并存儲數據，同時(shí)繪制數據曲線(xiàn)。圖5為5種儀器同時(shí)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(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)圖。

　　2.2 文件管理模塊

　　文件管理模塊主要為查看歷史數據文件而設計，提供隨時(shí)查看、分析歷史數據的功能。對歷史數據文件的操作主要有數據信息查看和數據信息統計。另外，為了更直觀(guān)地反映數據的變化趨勢，歷史數據文件操作模塊中采用數據曲線(xiàn)還原方案，再現數據采集過(guò)程中的數據曲線(xiàn)，并提供曲線(xiàn)的放大縮小查看模式，便于查看數據變化情況。

　　圖11為數據曲線(xiàn)查看功能的效果圖。其中圖11(a)為打開(kāi)曲線(xiàn)查看模式后的初始模式。為便于查看較大數據文件，本軟件設計時(shí)采用Android下自定義view的形式，設計了查看曲線(xiàn)的picview控件。添加觸控操作，可以方便地左右滑動(dòng)以查看各個(gè)階段的數據。圖11(b)顯示

　　了向右滑動(dòng)picview后的效果圖。由于數據文件中的數據種類(lèi)較多，軟件中設計了單一數據曲線(xiàn)模式，通過(guò)“切換” 按鈕轉換到圖11(c)所示效果，并可以通過(guò)點(diǎn)擊左右箭頭實(shí)現不同參數曲線(xiàn)間的切換。