基于Android的气溶胶自动化检测应用

基于Android的气溶胶自动化检测

应用

摘要： 介绍基于Android的多传感器信息融合技术在气溶胶自动化检测中

的应用。多个传感器采用统一接口方式组网，每一个独立传感器采集的数据通

过蓝牙传输到网内的Android处理终端进行融合和分析。通过对5种传感器进

行组网采集数据，结果证明多传感器信息融合技术的应用增强了信息处理系统

的适应性，实现了传感器之间的数据互补，提高了系统的便携性和移动性。

引言

气溶胶的检测方法和仪器很多，不同方法及仪器的适应范围不同，各种检

测仪器间的信息存在互补性［16］。不同仪器采用的协议类型和接口方式不同，

给使用和实时检测带来很大不便。气溶胶涵盖的物质种类繁多，成分复杂，单

一仪器往往只能采集一个或几个参数。传统方案在多参数数据采集分析系统中

的应用加剧了系统的复杂程度，降低了系统的适应性及便捷操作性。

测量气溶胶的空气动力学粒谱仪、积分浊度仪、扫描迁移率粒谱仪、黑碳

仪和QTrak Plus室内空气质量监测器能够准确测量不同性质的气溶胶参数，但

是各种传感器的测量结果常常出现不一致的情况，因此需要对测量结果进行综

合对比分析。气溶胶的几种测量仪器的结果互为补充，通过对比和综合分析，

可以得到气溶胶的综合性质，对大气激光传输、辐射传输计算等方面有重要的

意义。本文提出的多传感器信息融合方法，将多种仪器采用统一接口方式进行

组网，每种仪器独立采集数据互不影响，通过Android平台处理终端对采集的

数据进行融合、分析和评价，对观测、分析和融合大气气溶胶数据具有一定的

应用价值。

1 多传感器信息融合系统架构

本系统中主要使用5种传感器测量仪器对数据进行采集、存储和分析：

① APS3321型空气动力学粒径谱仪是高性能、多用途的新一代粒子测量仪

器，主要用来测量空气动力学粒径（0.5~20 μm）和光散射强度（0.37~20 μm）

［2］。

② IN3550型积分浊度计主要用来进行长期的可视距离监控和地面及空中

空气质量的研究，它能够连续不断地检测空中粒子光散射系数［3］。

③ SMPS3936型扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪主要用来测量空气中直径在

0.01~1 μm范围内的颗粒物粒径［4］。

④ QT8554型室内空气品质监测器主要用来测量二氧化碳和一氧化碳的浓

度、温度、相对湿度、风速、新风量、估计露点、湿球温度和室外空气百分比

等［5］。

⑤ AE31型黑碳仪可以同时测量370 nm、470 nm、520 nm、590 nm、660

nm、880 nm和950 nm的黑碳气溶胶质量浓度，提供比较全面的黑碳气溶胶光

学吸收性质数据信息［6］。

5种测量仪器均支持RS232的接口通信标准，分别通过RS232连接蓝牙模

块，ARM 端信息融合应用系统通过蓝牙接收并存储这5种仪器采集的数据。在

一个蓝牙微微网中主节点最多可以有7个从节点，并且允许多至256个从节点

与主节点保持在休眠状态。蓝牙的发射距离一般为10 m，通过增大发射功率可

达100 m.组网方案中采用蓝牙进行组网，完全可以满足短距离无线通信的需要。

结合实际情况，整个系统的组网方案设计如图1所示。

图1 多传感器信息融合系统组网方案

ARM平台Android处理终端采用ARM处理器，256 MB 内存，4.3英寸真彩

LCD触摸屏，分辨率480×272，方便操作，可清晰显示采集的数据曲线；配备

2G SD卡，保证了长时间数据存储；同时，搭载当下最热门的谷歌移动

Android2.2.

2 信息融合软件

考虑到信息融合软件的便捷操作和实用性，本信息融合软件主要包括数据

接收模块、文件管理模块和设置管理模块。图2为信息融合软件的主界面。

图3为信息融合系统的数据采集主程序流程。

图2 软件主界面

图3 数据采集主程序流程

2.1 数据接收模块

数据接收模块主要实现多传感器数据的接收、数据曲线的绘制和存储。通

过继承Android平台下的Service类，建立5个仪器可以同时后台执行的数据

采集服务；配合NotificatiON的便捷操作，实现不同仪器数据采集界面的切换。

数据接收模块程序流程如图4所示。

图4 数据接收模块程序流程

仪器端蓝牙同ARM端蓝牙建立连接后开始数据传输，信息融合系统开始采

集并存储数据，同时绘制数据曲线。图5为5种仪器同时在后台运行的

Notification效果图。图6~图10分别为QT8554、APS3321、SMPS3936、

IN3550、AE31的实时数据曲线图。

2.2 文件管理模块

文件管理模块主要为查看历史数据文件而设计，提供随时查看、分析历史

数据的功能。对历史数据文件的操作主要有数据信息查看和数据信息统计。另

外，为了更直观地反映数据的变化趋势，历史数据文件操作模块中采用数据曲

线还原方案，再现数据采集过程中的数据曲线，并提供曲线的放大缩小查看模

式，便于查看数据变化情况。

图11为数据曲线查看功能的效果图。其中图11（a）为打开曲线查看模式

后的初始模式。为便于查看较大数据文件，本软件设计时采用Android下自定

义view的形式，设计了查看曲线的picview控件。添加触控操作，可以方便地

左右滑动以查看各个阶段的数据。图11（b）显示了向右滑动picview后的效

果图。由于数据文件中的数据种类较多，软件中设计了单一数据曲线模式，通

过“切换”按钮转换到图11（c）所示效果，并可以通过点击左右箭头实现不

同参数曲线间的切换。

图5 Notification效果图

图6 QT8554实时数据曲线图

图7 APS3321实时数据曲线图

图8 SMPS3936实时数据曲线图

图9 IN3550实时数据曲线图

图10 AE31实时数据曲线图

图11数据曲线查看功能的效果图

2.3 设置管理模块

设置管理模块主要实现系统相关配置及软件帮助信息的查看等功能。软件

中配置信息的存储方式分别采用了Android提供的共享优先数据方法（shared

preferences），如文件管理模块中记忆功能开关的配置和在线离线模式切换的

配置；Android下标准的SQLite数据库形式，如蓝牙ID信息配置等；基本的

文件存储形式，如帮助文件等。