[发明专利]基于气敏传感器和智蜂网络的道路中尾气监测方法

摘要

城市交通问题日益严重，随之而来的汽车尾气污染情况严重影响到城市居民的日常生活。本文是探索道路上车辆尾气排放的监测和管理的可行性方案。本发明基于无线传感器网（WSN）技术，针对气敏传感器的电化学感知能力，运用智蜂（ZigBee）网络对道路中汽车尾气状况进行感知和传输，对各个路段的信息进行汇总，处理、分析，发布给相关部门，由相关部门实时做出反应。从而使各路段空气质量保持在一定的高水平，使城市交通道路的行车更加通畅，提高社会生产效率，降低城市的污染，增加城市生活满意度。

主权项

一种基于气敏传感器和智蜂网络的道路中尾气监测方法，其特征是将电化学传感器的感知技术和无线传感器技术用于城市道路上车辆尾气排放量的实时监测，浓度收集，处理分析，构建强大的服务信息平台，该方法具体过程如下：步骤一：将一氧化碳气体监测节点放于道路两边的花圃内离地面50cm处，每隔特定周期就发送信号；一氧化碳气体监测节点由电源电路模块，信号采集模块，信号处理模块和无线射频通信模块4部分组成；采用一个双极型线性集成电路芯片来进行DC_DC变换控制，节点处理芯片的3.3V的供电电压由电源芯片将5 V电压转换而成，电源的输入端正向串联接入一个二极管，一方面保护传感器，另一方面防止电源线短路引起事故；车辆排出尾气中的一氧化碳气体经过扩散进入到路边的监测节点气孔中，在信号采集模块的气敏传感器工作电极上发生氧化反应，在计数电极上发生的反应则正好与工作电极上的反应平衡；化学反应形成的电子流由传感器电极引出后，送达信号调理电路；信号调理电路采用2片高精度，低偏置电流的运算放大器对信号进行放大，前端小信号经过放大后进行RC电路低通滤波处理，电路中接入P型场效应管，将P型场效应管的衬底连接到电源电压, 起开关作用,以防止电路在未供电时传感元件被极化，放大处理过后的模拟信号通过I/O总线送入信息处理和无线射频通信模块的通信处理芯片ADC_A/D转换P0端口的AIN7引脚进行处理，模拟信号得到A/D转换，模拟信号通过A/D转换后经通信处理芯片进行处理，将转换所得的数字信号输送到通信处理芯片的RF_P和RF_N引脚向无线射频模块RF输入正负射频信号，完成信号采集和无线发射；信号处理与无线射频模块中加入电源检测系统，实时监测节点的工作电压，实现方法为：采样AVDD_RREG引脚上的1/2电压，判定当前电源电压值，将其值和通信芯片的正常工作电压相比较，如果当前电压值小于正常电压，则芯片通过无线射频模块发送存储器中的电压警报信号；步骤二：监测节点通过感应所测一氧化碳气体浓度变化来采集数据，并将所采集的有害气体浓度数据通过基于智蜂ZigBee协议的无线传感网络传送至汇聚节点，汇聚节点在工作模式下负责接收来自监测节点的信息；汇聚节点安置在交通路口边，汇聚节点中，同样设计电源检测系统，保证节点工作在正常电压范围之内；汇聚节点中的cc2430无线通信模块设定好发送信号的工作周期，并设定好网络传输的具体工作模式，接收到监测节点信息后随即反馈确认信息，保证传输的准确性并且避免数据重新传输浪费网络资源，无线通信模块芯片RF_P的32脚、RF_N的34脚分别接收来自PA的正向和负向射频信号，对收集到的信息先进行存储，再传递到通信处理模块，加上汇聚节点ID信息后由通信处理芯片处理后通过串口九针接口DB9和芯片RS232接口驱动器组成的串口模块送至上位机中进行进一步处理；步骤三：汇聚节点将所得到的信息传递给后台信息处理服务器，后台服务器建立实时尾气浓度信息数据库，将收到的来自汇聚节点的信号，按照信号中所含的ID信息进行分类存储处理；根据数据库中的信息数据，后台服务器建立路段‑尾气浓度直方图，将不同路段的尾气浓度值用直方图直观显示，同时建立时间‑尾气浓度曲线图，以曲线形式按时间轴显示同一路段不同时段的尾气浓度变化趋势；根据危害人体健康的尾气浓度值，后台服务器设立临界尾气值，当有直方图的最大值达到或者超过此临界值时，后台服务器先确定有害气体超标的路段，并在电子地图上以感叹号形式标注出该路段的位置信息，然后结合尾气浓度低的路段，规划出一条合理的车辆分流路径，并通过网络将规划的车辆分流路径和该路段的尾气浓度直方图发送到交管部门设置在相关路段的信息警示牌并显示在上面。