一种面向智慧住宅的智能气体传感系统的制作方法

1.本发明涉及智慧住宅技术领域，具体为一种面向智慧住宅的智能气体传感系统。


背景技术：

2.随着国民经济的快速发展、人民物质生活水平的不断提高，人们对室内居住环境的舒适化、高档化和智能化提出了更高的要求，由此直接带动了装修装饰热和室内设施现代化的热潮兴起。但是由于质量参差不齐的住宅建筑材料、装饰家具材料所释放的甲醛(ch2o)、甲苯(c7h8)、氨气(nh3)等有害化学气体，使得室内空气质量不断恶化，严重者会对居住者的健康带来一定程度的损害；空调设备的广泛使用，使得室内通风率明显降低，导致住宅内的空气污染程度不断累积。
3.目前监测环境污染气体的方法和设备，包括有气相色谱法、非分散红外法和纳氏试剂比色法等，局限于对单一或某几种污染气体监测，单一设备成本较高，且无法实时实地来进行检测，这些监测方法的通用性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种面向智慧住宅的智能气体传感系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向智慧住宅的智能气体传感系统，该系统由自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统和无线连接的智能气体传感系统组成，该系统包括传感器阵列、自供电模块和无线电路以及模式识别算法，所述传感器阵列通过电路模块与自供电模块连接，所述传感器阵列上设有无线电路，所述传感器阵列的功率输送、测量和数据采集以向集成模式识别算法供应数据；
6.所述自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统由电源模块、气敏模块、微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块组成；
7.所述传感器阵列基于三维结构纳米材料的气体传感器，可实现室温下的气体传感性能且能耗小；
8.所述自供电模块中集成太阳能供电模块和锂电池供电模块，所述电路模块中集成无线通信模块，通过无线通信模块连接移动设备，实现实时的环境监测功能；
9.所述模式识别算法技术包含图形、多元分析以及神经网络技术，对输入值进行分类的模式识别算法，该算法基于具有数据规律性的“训练过程”，已证明是用于复杂气体传感信号解码的有效策略。
10.优选的，所述传感器阵列包括能够对氢气(h2)、甲醛(ch2o)、甲苯(c7h8)和丙酮(c3h
6o
)四种易燃、有毒气体进行差异化响应、由4
×
4传感器阵列构建，其中每种类型的传感器模块都显示出对目标气体的特定传感行为，提高气体识别和分类的能力，在制成的三维pd/sno2/aao基板上将金(au)、铜(cu)、镍(ni)和银(ag)四种金属图案化为16个顶部电极，垂直阵列器件结构与公共接地金底电极一起完成。
11.优选的，所述传感器阵列将利用pd修饰的sno2纳米材料，该材料具有高比表面积和催化作用，使得传感器阵列在室温条件下对氢气、甲醛、甲苯和丙酮气体产生超高敏感性，在同功率级别的传感器中，该传感器比其他商用sno2材料传感器的功耗小很多，甚至减少2-3个数量级。
12.优选的，所述模式识别算法根据生成的特定模式识别不同种类的气体，并将它们分类和量化，基于多元分析技术先生成不同种类气体的数据库，而后训练系统对未知复杂气体进行区分和分类。
13.优选的，所述模式识别算法通过主成分分析(pca)和支持向量机(svm)算法对感测信号进行分析，并在移动应用上将其可视化，从而显示不同位置的气体种类和浓度水平。
14.优选的，所述自供电模块利用商用单晶太阳能电池板(4cm
×
11cm)和可充电锂离子电池(800ma
·
h)组成，以提供可持续的电源，传感器系统的电源管理模块将在没有足够的室内光照的情况下自动禁用充电功能，并且锂离子电池将用作备用电化学能源，以在连续感应模式下支持singor系统的正常运行。
15.优选的，所述气敏模块利用具有高敏感性3d结构钯(pd)装饰的sno2材料构建传感器阵列；
16.电源模块包括太阳能电池和锂电池，系统中太阳能电池可将室内光能转换为电能，以维持系统运行，同时，产生的电能也可以同时存储在集成的锂离子电池中，作为备用电池黑暗条件下的电源；
17.微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块分别读取和传输传感器阵列采集的信号。
18.优选的，所述电路模块上还设有报警模块，所述报警模块采用声光报警器设置。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、本面向智慧住宅的智能气体传感系统，针对氢气(h2)、甲醛(ch2o)、甲苯(c7h8)和丙酮(c3h
6o
)四种易燃、有毒气体的自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统和无线连接的智能气体传感系统，构建应用于智能家居的超低功耗的无线智能气体传感网络，整体为超低功耗设计，节能环保，可实现远程气体泄漏实时监测和危险预警功能；
21.2、本面向智慧住宅的智能气体传感系统，通过设置在电路模块上的无线通信模块，连接移动设备，实现实时的环境监测功能，超高灵敏度，多个智能气体传感系统通过无线连接，构建成智能气体传感网，可实现室温下的室内混合气体精准识别监测。
附图说明
22.图1为本发明的智能气体传感系统工作原理框图；
23.图2本发明的传感器阵列工作原理框图
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.实施例
28.如图1至图2所示，本实施例面向智慧住宅的智能气体传感系统，该系统由自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统和无线连接的智能气体传感系统组成，该系统包括传感器阵列、自供电模块和无线电路以及模式识别算法，所述传感器阵列通过电路模块与自供电模块连接，所述传感器阵列上设有无线电路，所述传感器阵列的功率输送、测量和数据采集以向集成模式识别算法供应数据；
29.所述自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统由电源模块、气敏模块、微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块组成；
30.所述传感器阵列基于三维结构纳米材料的气体传感器，可实现室温下的气体传感性能且能耗小；
31.所述自供电模块中集成太阳能供电模块和锂电池供电模块，所述电路模块中集成无线通信模块，通过无线通信模块连接移动设备，实现实时的环境监测功能；
32.所述模式识别算法技术包含图形、多元分析以及神经网络技术，对输入值进行分类的模式识别算法，该算法基于具有数据规律性的“训练过程”，已证明是用于复杂气体传感信号解码的有效策略。
33.具体的，所述传感器阵列包括能够对氢气(h2)、甲醛(ch
2o
)、甲苯(c7h8)和丙酮(c3h
6o
)四种易燃、有毒气体进行差异化响应、由4
×
4传感器阵列构建，其中每种类型的传感器模块都显示出对目标气体的特定传感行为，提高气体识别和分类的能力，在制成的三维pd/sno2/aao基板上将金(au)、铜(cu)、镍(ni)和银(ag)四种金属图案化为16个顶部电极，垂直阵列器件结构与公共接地金底电极一起完成。
34.进一步的，所述传感器阵列将利用pd修饰的sno2纳米材料，该材料具有高比表面积和催化作用，使得传感器阵列在室温条件下对氢气、甲醛、甲苯和丙酮气体产生超高敏感性，在同功率级别的传感器中，该传感器比其他商用sno2材料传感器的功耗小很多，甚至减少2-3个数量级。
35.进一步的，所述模式识别算法根据生成的特定模式识别不同种类的气体，并将它们分类和量化，基于多元分析技术先生成不同种类气体的数据库，而后训练系统对未知复杂气体进行区分和分类。
36.进一步的，所述模式识别算法通过主成分分析(pca)和支持向量机(svm)算法对感测信号进行分析，并在移动应用上将其可视化，从而显示不同位置的气体种类和浓度水平。
37.进一步的，所述自供电模块利用商用单晶太阳能电池板(4cm
×
11cm)和可充电锂离子电池(800ma
·
h)组成，以提供可持续的电源，传感器系统的电源管理模块将在没有足够的室内光照的情况下自动禁用充电功能，并且锂离子电池将用作备用电化学能源，以在连续感应模式下支持singor系统的正常运行。
38.进一步的，所述气敏模块利用具有高敏感性3d结构钯(pd)装饰的sno2材料构建传感器阵列；
39.电源模块包括太阳能电池和锂电池，系统中太阳能电池可将室内光能转换为电能，以维持系统运行，同时，产生的电能也可以同时存储在集成的锂离子电池中，作为备用电池黑暗条件下的电源；
40.微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块分别读取和传输传感器阵列采集的信号。
41.更进一步的，所述电路模块上还设有报警模块，所述报警模块采用声光报警器设置，可实现远程气体泄漏实时监测和危险预警功能。
42.本实施例的使用方法为：由电源模块、气敏模块、微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块组成自供电集成纳米结构气体传感器(singor)系统，气敏模块利用具有高敏感性3d结构钯(pd)装饰的sno2材料构建传感器阵列；电源模块包括太阳能电池和锂电池，系统中太阳能电池可将室内光能转换为电能，以维持系统运行，同时，产生的电能也可以同时存储在集成的锂离子电池中，作为备用电池黑暗条件下的电源；微控制器-模拟读出电路和无线数据传输模块分别读取和传输传感器阵列采集的信号，传感器阵列、自供电模块和无线电路以及模式识别算法组成智能气体传感系统，传感器阵列能够对氢气(h2)、甲醛(ch
2o
)、甲苯(c7h8)和丙酮(c3h
6o
)四种易燃、有毒气体进行差异化响应，其中每种类型的传感器模块都显示出对目标气体的特定传感行为，传感器阵列在室温条件下对氢气、甲醛、甲苯和丙酮气体产生超高敏感性，提高气体识别和分类的能力，传感器阵列采用自供电模块利用商用单晶太阳能电池板(4cm
×
11cm)和可充电锂离子电池(800ma
·
h)组成，以提供可持续的电源，传感器系统的电源管理模块将在没有足够的室内光照的情况下自动禁用充电功能，并且锂离子电池将用作备用电化学能源，以在连续感应模式下支持singor系统的正常运行，即通过自供电模块对传感器阵列供电，传感器阵列在室温条件下对氢气、甲醛、甲苯和丙酮气体产生超高敏感性监测，监测数据通过电路模块中集成的无线通信模块连接移动设备，实现实时的环境监测功能，并在达到设定值时通过报警模块上的声光报警器进行预警响应。
43.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。