本專利提供一種集成PM2.5空氣質(zhì)量檢測傳感器的智能RFID車牌，涉及到空氣質(zhì)量檢測、RFID通信，屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，空氣質(zhì)量問題變得日益嚴(yán)重。從去年開始，我國華北、黃淮、江淮、江南等中東部地區(qū)持續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，引起人們對(duì)可吸入顆粒物PM2.5強(qiáng)烈關(guān)注。然而，國內(nèi)對(duì)PM2.5濃度的檢測還停留在比較初級(jí)的階段。在獲取PM2.5的濃度的方式上僅能通過城市中安裝的固定檢測點(diǎn)檢測當(dāng)?shù)豍M2.5的濃度。在PM2.5濃度的信息發(fā)布上也僅僅是發(fā)布城市統(tǒng)一的一個(gè)PM2.5濃度，信息相對(duì)不夠準(zhǔn)確而且有很大的延時(shí)性。檢測城市不同區(qū)域的PM2.5實(shí)時(shí)濃度以及通過對(duì)PM2.5的檢測來追蹤污染源，并對(duì)污染源實(shí)施合理的治理手段是改善空氣質(zhì)量的必然途徑。從北京等地區(qū)實(shí)施的單雙號(hào)限行后空氣質(zhì)量的明顯改善表明汽車尾氣中的可吸入固體顆粒是造成PM2.5濃度超標(biāo)的重要原因之一。

現(xiàn)在對(duì)汽車尾氣的檢測只能通過在汽車定期車檢時(shí)進(jìn)行抽查，主要關(guān)注于汽車尾氣中的污染物包含CO、HC化合物、NOx、CO2、SO2等在汽車尾氣中的含量的問題。并沒有把對(duì)PM2.5濃度的檢測列入相關(guān)指標(biāo)中。而且這種方法不僅不能夠反映汽車在運(yùn)行狀態(tài)中的真實(shí)情況，檢測結(jié)果誤差很大。

本發(fā)明提出的基于QCM傳感器和QCM信號(hào)處理芯片的汽車尾氣檢測法能夠通過損失很小檢測精度的代價(jià)將檢測傳感器做到毫米級(jí)別的厚度，同時(shí)將使用QCM法的PM2.5傳感器模塊與低功耗、小體積的有源RFID標(biāo)簽集成到汽車車牌中去。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每輛汽車的汽車尾氣中的PM2.5含量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并通過具有RFID信息收集能力的接收終端將每輛汽車的汽車尾氣中的PM2.5含量信息和超標(biāo)情況進(jìn)行匯總，實(shí)現(xiàn)對(duì)超標(biāo)排放的汽車進(jìn)行定位和追蹤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明主要針對(duì)汽車尾氣中PM2.5含量進(jìn)行檢測和超標(biāo)排放汽車進(jìn)行追蹤的問題，提出一種集成PM2.5空氣質(zhì)量檢測傳感器的智能RFID車牌。智能車牌可安裝在汽車尾部車牌位置，通過在汽車車牌中集成采用QCM法設(shè)計(jì)的PM2.5傳感器模塊實(shí)時(shí)檢測汽車尾氣的PM2.5顆粒分子的數(shù)據(jù)，通過低功耗處理器獲取PM2.5傳感器上汽車尾氣中PM2.5顆粒分子的濃度數(shù)據(jù)，將超標(biāo)次數(shù)以及超標(biāo)含量保存在自身的存儲(chǔ)器中。在汽車經(jīng)過具有RFID接收能力的終端時(shí)，通過RFID射頻天線將汽車的超標(biāo)排放次數(shù)和超標(biāo)含量數(shù)值發(fā)送到RFID接收終端。通過接收終端的聯(lián)網(wǎng)能力對(duì)汽車尾氣中PM2.5濃度信息實(shí)現(xiàn)對(duì)超標(biāo)排放的汽車進(jìn)行定位和追蹤。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1.一種采用QCM(石英晶體微天平)方法設(shè)計(jì)的PM2.5傳感器監(jiān)測模塊101。石英晶體微天平方法是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測方法，其測量精度可達(dá)納克級(jí)，比靈敏度在微克級(jí)的電子微天平高100倍，理論上可以測到的質(zhì)量變化相當(dāng)于單分子層或原子層的幾分之一。石英晶體微天平利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化。本模塊包含QCM電極102部分和傳感器信號(hào)處理芯片103。QCM電極能夠根據(jù)PM2.5的濃度產(chǎn)生不同的頻率波動(dòng)。QCM傳感器信號(hào)處理芯片能夠根據(jù)QCM電極的頻率波動(dòng)在經(jīng)過標(biāo)定后分析出PM2.5顆粒的濃度信息，并將這些數(shù)據(jù)傳送的低功耗處理器MCU104中去。QCM電極102與QCM傳感器信號(hào)處理芯片103體積都可做到毫米級(jí)別，能夠集成到汽車車牌內(nèi)部與汽車車牌成為一體。

2.一種集成在車牌上的RFID射頻天線105與能夠處理RFID信號(hào)的低功耗MCU104。RFID射頻天線為高頻天線，主要集成在車牌表面與RFID接收器106進(jìn)行通信。具有RFID信號(hào)處理能力的低功耗MCU104能夠集成到汽車車牌內(nèi)部。低功耗MCU104具有PM2.5傳感器監(jiān)測模塊101的連接接口，能夠與PM2.5傳感器監(jiān)測模塊101通信，保存車牌信息與PM2.5濃度和超標(biāo)排量的數(shù)據(jù)。當(dāng)汽車經(jīng)過RFID接收器106時(shí)，具有RFID信號(hào)處理能力的低功耗MCU104能夠?qū)⑸鲜鲂畔l(fā)送到RFID接收器106。

3.一種集成在汽車車牌中的紙質(zhì)電池107。薄紙電池是由德國弗勞恩霍弗電子納米系統(tǒng)研究所首先研制成功，這種“薄紙”電池每個(gè)重量不足1克，厚度不到1毫米，因此實(shí)際應(yīng)用中可嵌入賀卡等用電 量很小的小型載體中使用。除了體積上的巨大優(yōu)勢，這種電池與傳統(tǒng)電池相比還具有制造成本較低、不含汞，對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)勢。這種電池的電壓為1.5伏，可通過幾個(gè)電池串聯(lián)獲得更高的電壓。在本發(fā)明中將2片紙質(zhì)電池集成到汽車車牌中構(gòu)成3伏的電壓輸出，為RFID射頻部分、低功耗MCU104和QCM傳感器信號(hào)處理芯片103供電。根據(jù)電池時(shí)間曲線和系統(tǒng)功耗，2片紙質(zhì)電池大概可支持2年時(shí)間。

附圖說明：

圖1，智能RFID車牌功能框圖

圖2，智能RFID車牌信息處理流程圖

具體實(shí)施方式：

集成PM2.5空氣質(zhì)量檢測傳感器的智能RFID車牌的芯片初始態(tài)均處在休眠狀態(tài)，需要對(duì)智能車牌做一次性激活。激活后的智能車牌可安裝在汽車的后排車牌安裝位置。智能車牌按照圖2中的信息處理流程對(duì)汽車尾氣中PM2.5濃度進(jìn)行檢測。同時(shí)由于智能車牌采用RFID射頻技術(shù)，需要和具有RFID讀取能力的接收端(如充電樁)配合使用，以便能夠?qū)ζ噯诬囄矚庵蠵M2.5濃度以及對(duì)超標(biāo)排放情況進(jìn)行檢測。

智能車牌中的檢測信息處理流程為：

1.智能車牌中的QCM電極102對(duì)汽車尾氣進(jìn)行檢測，將PM2.5顆粒的不同濃度轉(zhuǎn)換為不同的頻率振動(dòng)信號(hào)。達(dá)到PM2.5檢測的目的。

2.QCM傳感器信號(hào)處理芯片103每隔幾秒將QCM電極102的振動(dòng)信號(hào)在經(jīng)過標(biāo)定后轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給低功耗處理器MCU104。

3.低功耗處理器MCU104根據(jù)QCM電信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)PM2.5濃度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定(輕度污染100-150；中度污染150-200；重度污染200-300)，然后低功耗處理器MCU104將濃度值和車牌信息對(duì)應(yīng)保存。并時(shí)刻檢查RFID天線105是否檢測到RFID接收器106信號(hào)。

4.當(dāng)汽車經(jīng)過具有RFID接收器的設(shè)備時(shí)，低功耗處理器MCU104將濃度值和車牌信息通過RFID天線105發(fā)送給RFID接收器106。

5.RFID接收器具有聯(lián)網(wǎng)能力，能夠?qū)④嚺菩畔⑴c對(duì)應(yīng)的PM2.5濃度值的信息傳送到云端控制軟件。

6.云端控制軟件可根據(jù)得到的信息分析出每輛汽車的PM2.5排放情況以及超量排放情況。