一种无线电子鼻系统及监测运输过程中果蔬品质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农产品品质检测领域，尤其涉及一种无线电子鼻系统及监测运输过程 中果蔬品质的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们对果蔬的种类和品质提出了越来越高的要求，但是果蔬农产品具有 较强的地域性，许多果蔬农产品必须经过长途运输才能送到全国市场。果蔬农产品在运输 过程中长时间处于密闭环境，恶劣的储藏环境导致果蔬出现腐败变质现象，如果工作人员 无法及时获知并进入车厢内进行处理，腐败现象会在车厢内迅速蔓延，从而造成巨大损失。 据统计，在运输过程中每年至少有1200万吨水果和1.3亿吨蔬菜的浪费，损失超过1000亿 元。因此，对运输过程中果蔬品质的实时监测是运输业急需解决的问题。
[0003] 电子鼻是一种模拟动物嗅觉系统的仪器设备，通过对样品挥发出的气味进行检 测，获得唯一代表该样品的"气味指纹图谱"，利用多元统计分析和神经网络等方法对样品 的气味指纹图谱进行定性或定量分析。电子鼻技术具有高灵敏度、可靠性和重复性等，在食 品检测领域得到越来越广泛的应用。传统的电子鼻系统包括进样装置、传感器气室、传感器 阵列、信号采集系统和上位机等，其中进样装置和传感器气室占了监测节点的绝大部分体 积，而运输过程中无法为上位机提供持续和稳定的电源也是制约传统电子鼻系统在运输行 业中使用的又一因素，因此针对运输行业中的应用，传统的电子鼻系统仍存在许多不足。
[0004] 例如，中国发明专利申请公布号：CN 103308568 A，"一种用于农产品品质远程监 测的无线电子鼻系统"，所公开的无线电子鼻系统包括监测节点、协调器节点和上位机系 统，通过协调器节点建立ZigBee网络，同时控制多个监测节点对多个地方的对象进行监测， 使用专利中所述天线设计方法使得数据达到最远发送距离。本发明的不足在于:它将传感 器阵列、气室、气栗、信号处理电路、无线传输模块和天线全部集成到了监测节点中，致使节 点负荷较大，功耗较高;协调器节点通过有线的方式和上位机系统相连，协调器节点将各个 监测节点发来的电子鼻数据上传给上位机进行处理和分析，这种方式不符合运输过程中需 要实时监测的要求。
[0005] 如，中国发明专利申请公布号：CN 103424433 A，"一种用于农产品品质检测的远 程无线电子鼻系统"，所公开的电子鼻系统包括:现场检测部分、远程监控中心和上位机三 部分;完成了现场检测和电子鼻信号无线传输，实现了对农产品品质长期实时检测并统一 管理电子鼻信号的目的；该发明的不足在于:现场检测部分中的气敏传感器阵列布置在气 室中，需要气路控制模块抽取样品气体和清洗气体进入气室，气路控制模块不仅增加了现 场检测部分的体积，同时增加了系统的工作负荷和耗电量;另外，电子鼻系统采用GPRS网络 进行信号传输，导致部分无法连接GPRS网络的地区无法使用该系统。
【发明内容】
[0006] 为了解决运输过程中果蔬品质无法实时监测的问题，本发明提供一种无线电子鼻 系统及监测运输过程中果蔬品质的方法。
[0007] 本发明通过以下技术方案来实现:一种无线电子鼻系统，该电子鼻系统包括监测 节点和移动终端两部分;所述监测节点包括主控芯片、气敏传感器阵列模块、信号处理模 块、串口转WiFi模块、电源模块、实时时钟模块和SD卡储存模块;所述移动终端为具有搜索 并加入WiFi网络功能的移动设备;所述气敏传感器阵列模块与信号处理模块相连，信号处 理模块、串口转WiFi模块、实时时钟模块和SD卡储存模块均与主控芯片相连，电源模块分别 与主控芯片和信号处理模块相连;移动终端通过串口转WiFi模块建立的无线网络与监测节 点相连;所述的气敏传感器阵列模块由8个气敏传感器组成;所述8个气敏传感器分别为：乙 醇气体传感器、烷烃类气体传感器、一氧化碳传感器、氢气/碳氢化合物传感器、硫化氢气体 传感器、氨气传感器、氮氧化物传感器、甲烷/一氧化碳气体传感器;所述气敏传感器阵列模 块安装在由金属网罩和金属外壳组成的结构体中，所述结构体顶部为金属网罩，四面和底 部均为金属外壳，气敏传感器阵列模块布置在结构体的底部。
[0008] 进一步的，所述的信号处理模块由8个调理电路组成，每个调理电路与一个气敏传 感器相连，调理电路输出端与主控芯片相连，调理电路将气敏传感器发送来的信号进行滤 波、放大处理，获得传感器模拟信号，调理电路将传感器模拟信号发送给主控芯片，主控芯 片对输入的8路传感器模拟信号进行模数转换，从而得到传感器数字信号。
[0009] 进一步的，所述的电源模块为采用4.5V电池组供电，通过降压电路将电压降到 3.3V后对主控芯片进行供电，通过稳压电路将电压稳定为5V后对各个气敏传感器进行供 电。
[0010] 所述主控芯片可以采用美国德州仪器(TI)MSP430芯片的产品，但不限于此;所述 串口转WiFi模块可以采用上海顺舟公司的SZ12-02WiFi DTU的产品，但不限于此;所述实时 时钟模块可以采用美国DALLAS公司DS1302的产品，但不限于此；所述电源模块中降压到 3.3V的降压芯片可以采用AMS公司的LM1117-3.3V的产品，但不限于此;稳压到5V的稳压芯 片可以采用美信(ΜΑΧΠΟ公司的MAX1797的产品，但不限于此。
[0011] -种利用无线电子鼻系统监测运输过程中果蔬品质的方法，具体步骤如下：
[0012] (1)获取电子鼻信号:将品质状态已知的果蔬作为检测样品；按照其品质状态的分 成未成熟、成熟、变质三个批次，相同批次的果蔬至少有三组不同的检测样品，将各组检测 样品分别放入车厢内，长时间静置，使得果蔬散发的气味充满车厢并达到饱和;气敏传感器 阵列模块实时采集车厢内果蔬散发的气体，获得气敏传感器阵列对不同品质果蔬的响应信 号，并将采集到的响应信号传递给信号处理模块进行滤波放大处理，从而获得传感器模拟 信号，信号处理模块将传感器模拟信号发送给主控芯片，主控芯片对发送来的传感器模拟 信号进行模数转换从而获得数字信号，主控芯片将数字信号和时间信息打包成电子鼻信 号，然后将电子鼻信号传输给SD卡储存模块进行储存;主控芯片控制串口转WiFi模块建立 无线网络，移动终端搜索并加入无线网络并接收由主控芯片发送来的电子鼻信号；
[0013] (2)建立果蔬品质状态区分模型：移动终端将接收到的电子鼻信号传输给数据库 进行储存;移动终端从数据库中读取电子鼻信号并制作传感器阵列响应曲线，提取响应曲 线上平稳阶段的值作为特征值;建立果蔬品质状态区分模型，将提取出的特征值导入区分 模型进行训练，从而得到果蔬品质状态区分模型；
[0014] (3)实时监测运输过程中果蔬品质状态:运输过程中，将品质状态未知的果蔬放入 车厢内，移动终端通过步骤(1)实时获取车厢内的电子鼻信号;将实时获得的电子鼻信号作 为特征值，导入步骤(2)所建立的果蔬品质状态区分模型;果蔬品质状态区分模型输出果蔬 品质状态，从而得到车厢内果蔬的最终品质状态。
[0015] 进一步的，所述步骤(3)中实时获取车厢内的电子鼻信号，其获取电子鼻信号的时 间间隔在1秒-600秒之间。
[0016] 进一步的，所述的步骤(4)中果蔬品质状态区分模型建立方法为BP神经网络算法 或决策树算法。
[0017] 本发明的有益效果是:本发明的用于监测运输过程中果蔬品质的无线电子鼻系统 采用串口转WiFi模块建立自组网络，移动终端通过WiFi信号与监测节点进行通信，实现运 输过程中果蔬的电子鼻信号的无线传输;本发明的监测节点仅包括主控芯片、气敏传感器 阵列模块、信号处理模块、串口转WiFi模块、电源模块、实时时钟模块和SD卡储存模块，其中 气敏传感器阵列采用开放式布局，舍弃掉传统电子鼻系统的进样装置和气室，大大简化了 节点结构，降低了监测节点的功耗;采用三节常见的1.5V充电电池组成4.5V供电组，经由降 压电路和稳压电路调节至3.3V和5V的工作电压，分别为主控芯片和气敏传感器阵列进行供 电，这种供电模式避免了因为压降和压升幅度过大导致的能量