基于DSP和無線傳輸技術(shù)的危化品實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　為便于編程和管理，軟件用C語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)，程序以循環(huán)方式工作，完成初始化及子程序調(diào)用。軟件分為3個(gè)子系統(tǒng)：

　?。?）危化品運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)；

　?。?）數(shù)據(jù)處理；

　?。?）數(shù)據(jù)無線傳輸通信。

　　3個(gè)子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立，協(xié)同完成狀態(tài)數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及上傳到車載終端。

　　5.1 數(shù)據(jù)采集

　　危化品運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理是系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的核心部分，主要完成各個(gè)傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、放大、整合處理后作為數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)源。正常數(shù)據(jù)每間隔10min向車載終端上傳一次，報(bào)警數(shù)據(jù)每間隔3s向車載終端上傳一次并且啟動(dòng)聲光報(bào)警。

　　5.2 數(shù)據(jù)處理

　　該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)傳感器，首先計(jì)算互相關(guān)值，當(dāng)相關(guān)值大于0.7時(shí)，認(rèn)為兩個(gè)傳感器數(shù)據(jù)顯著相關(guān)；小于0.7時(shí)，再采樣10次，連續(xù)小于0.7進(jìn)行傳感器故障報(bào)警，這樣可以起到互相監(jiān)督的作用，防止由于某一個(gè)傳感器故障引起系統(tǒng)失靈，根據(jù)表1的計(jì)算，為兩個(gè)傳感器在酒精濃度為1×104g／m下溫度變化范圍在15℃～l9℃的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器信號(hào)歸一化方法處理，由0～3.3V的測(cè)量范圍變?yōu)檩敵鼋橛赱0，1]之間），數(shù)據(jù)互相關(guān)值為O.7058，經(jīng)證明顯著相關(guān)，可以用作下一步數(shù)據(jù)源。

表1 兩個(gè)相同型號(hào)傳感器同一條件下測(cè)量值

　　設(shè)計(jì)中需要監(jiān)測(cè)的環(huán)境參量主要是溫度、危險(xiǎn)氣體在空氣中的含量，由于氣體傳感器受到周圍環(huán)境中溫度變化的影響很顯著，故需要采用溫度補(bǔ)償，這是數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　當(dāng)干擾輸出和傳感器輸m之間的數(shù)學(xué)關(guān)系已知時(shí)，則干擾可以在測(cè)量干擾變量的幅度之后，通過數(shù)字計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)償。該設(shè)計(jì)采用這種補(bǔ)償方式，即擬合出氣傳感器與溫度變化而變化的曲線，列出相應(yīng)的方程式，在得到氣體傳感器、溫度傳感器信號(hào)的情況下，通過方程計(jì)算，計(jì)算受溫度影響的量值進(jìn)行補(bǔ)償。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是具有較大的靈活性或?qū)挿秶臄M合功能。根據(jù)得出的準(zhǔn)確的溫度和濕度值帶入傳感器對(duì)于周圍溫度影響的特性曲線，得變化的傳感器數(shù)據(jù)，即電壓值，進(jìn)而得出由于周圍環(huán)境溫度變化對(duì)于造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償。

　　文中應(yīng)用最小二乘法做曲線擬合，最小二乘法可以用來處理一組數(shù)據(jù)，可以從一組測(cè)定的數(shù)據(jù)中尋求變量之間的依賴關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系稱為經(jīng)驗(yàn)公式。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得變量之間的n個(gè)數(shù)據(jù)（x1,y1），（x2,y2），……，（xn,yn），在xoy平而上，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)P（xi,yi）（i=l，2，……n）組成“散點(diǎn)圖”，從圖中可以粗略看出這些點(diǎn)大致散落在某直線近旁，認(rèn)為x與Y之間近似為一線性函數(shù)。應(yīng)用最小二乘法計(jì)算出溫濕度曲線與傳感器之問的函數(shù)關(guān)系。

表2 連續(xù)溫度下氣體傳感器測(cè)量電壓值

　　將表2數(shù)據(jù)在Matlab中擬合后的曲線如圖4所示，得出曲線關(guān)系為y=0.020lx+0.2379。

　　經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)再利用多傳感器靜態(tài)時(shí)最優(yōu)權(quán)值分配原則做數(shù)據(jù)融合，即每個(gè)傳感器分配的權(quán)系數(shù)：

　　其中Ri為各傳感器精度的平方。設(shè)Zi（k）表示第i個(gè)傳感器第k次采樣的結(jié)果，則第次采樣時(shí)各傳感器測(cè)量的融合值：

　　此原則獲得的融合結(jié)果具有無偏性、有效性和一致性。

　　6 結(jié)語

　　該?；愤\(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)危化品泄漏的全面探測(cè)及環(huán)境溫度等的檢測(cè)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、傳輸實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，運(yùn)用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了維護(hù)危化品運(yùn)輸傘程探測(cè)、監(jiān)測(cè)與跟蹤，從而減少和避免事故的發(fā)生，避免和降低事故危害，提高了?；愤\(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃?。該系統(tǒng)對(duì)于危化品的陸路運(yùn)輸有很好的適用性，為工控現(xiàn)代化及現(xiàn)代化物流提供了一種安全的解決方案。