，具有较多的I/O端口，12位硬件A/D转换，具有较高的转换速率，最 多可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用。本电子鼻系统中的监测节点采用MSP430芯 片代替采集卡进行数据采集，不仅降低系统成本，而且加强了电子鼻系统的可扩展性，为后 续监测节点中加入控制模块提供了硬件基础。
[0043] 本发明的主控芯片将传感器模拟信号进行A/D转换为数字信号后，数字信号一方 面经由串口转WiFi模块发送到无线网络中，另一方面连同实时时钟模块产生的时间信息被 保存到SD卡存储模块中。
[0044] 本发明的电源模块为常见的4.5V电池组。设计电源模块时，考虑到整个系统中只 有MSP430芯片采用的是3.3V工作电压，其余各模块均采用5V工作电压，但5V的电池属于特 殊电压的电池，市面上较少，最终采用常见的4.5V电池组作为电源模块。根据各个部件工作 电压的不同，通过降压模块将电压降到3.3V后对主控芯片进行供电，通过稳压模块将电压 稳定为5V后对各个气敏传感器进行供电。这种供电模式同时避免了因为压降和压升幅度过 大导致的能量消耗。
[0045]具体实施中，基于BP神经网络建立的预测模型如图6所示，该模型为三层神经网 络，第一层为输入层，神经元个数为8(输入选取的8个电子鼻信号的特征值）；第二层为隐藏 层，隐藏层的神经元个数直接影响了所建立模型的性能，经过实验验证，当隐藏层的神经元 个数为14时具有较高的区分性能，同时消耗移动终端的CPU资源也相对较少，达到最优的性 价比；第三层为输出层，输出层输出果蔬品质状态的编号，采用三位2进制数作为最终编号 (如001代表未成熟状态，010代表成熟状态，100代表变质状态，如果后续需要增加更多果蔬 的品质状态，编号可以扩展成更多位），神经元个数为3。
[0046] 本发明针对运输过程中果蔬农产品所处的特殊环境，发明中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 消耗，进而延长了监测节点的工作时间，满足了运输过程中果蔬品质的长期监测的要求;任 何具有搜索并加入WiFi无线网络功能的移动终端均能够访问监测节点建立的无线网络并 接收来自监测节点的电子鼻信号，借助于移动终端强大的计算能力进行电子鼻数据的实时 处理，增加了电子鼻系统的适用性;利用本发明中的无线电子鼻系统实现了运输过程中果 蔬品质的实时监测，所建立果蔬品质状态区分模型具有较强的适应性和较高的区分正确 率;总的来说，本发明中的无线电子鼻系统及监测运输过程中果蔬品质的方法，在果蔬运输 行业具有较高的实用价值，值得广泛推广。
【主权项】
1. 一种无线电子鼻系统，其特征在于，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、甲烧/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。2. 根据权利要求1所述的无线电子鼻系统，其特征在于，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。3. 根据权利要求2所述的无线电子鼻系统，其特征在于，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。4. 一种利用权利要求1所述的无线电子鼻系统监测运输过程中的果蔬品质的方法，其 特征在于，具体步骤如下： (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； (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； (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。5. 根据权利要求4所述的无线电子鼻系统监测运输过程中的果蔬品质的方法，其特征 在于，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。6.根据权利要求4所述的无线电子鼻系统监测运输过程中的果蔬品质的方法，其特征 在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种无线电子鼻系统及监测运输过程中果蔬品质的方法。该系统包括监测节点和移动终端，其中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；该系统采用串口转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。采用本发明提出的监测运输过程中的果蔬品质的方法，实现了运输过程中以无线方式对果蔬品质进行长期、实时的电子鼻监测；监测节点舍弃了传统电子鼻系统的进样装置和气室，大大简化了节点结构，降低了功耗，增加了工作时间；所建立果蔬品质状态区分模型具有较强的适应性和较高的区分正确率；所以本发明在果蔬运输业具有很好的应用价值。
【IPC分类】G01N27/00, G08C17/02
【公开号】CN105606653
【申请号】CN201610074537
【发明人】王俊, 姜水
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月1日