一种检测猪肉品质的嵌入式电子鼻检测系统的制作方法

本发明涉及一种电子鼻检测系统和方法，尤其是一种嵌入式电子鼻检测系统和方法。

背景技术：

肉品、食品等在腐败过程中伴随着硫化氢、氨气等气体的挥发，且随着腐败程度的加剧浓度越来越高，气敏传感器能够很好的对这些气体进行感应。

电子鼻是一种集传感器、电子、计算机和人工智能等技术于一体的模仿哺乳动物嗅觉系统的结构和机理实现对物质进行感知、分析和判断的电子系统。电子鼻在感观分析上的优势,使越来越多的人开始研究它。但现在的电子鼻系统大多基于PC平台,成本高,体积大,使用不灵活，基于嵌入式的电子鼻系统只能完成采集数据，模式识别仍需要依赖强大的PC机建模，本发明主要由传感器阵列、接口电路、嵌入式系统等组成，通过设计的采集及净化系统，系统能在低功耗下运行；将模式识别算法嵌入到控制芯片中，使系统不依靠PC机完成气体的采集到模式识别全过程，同时系统也可以通过有线或者无线方式将数据传输给PC机进行处理。整个系统灵活轻便，使用简单，不受地点限制。

技术实现要素：

本发明公布了一种嵌入式电子鼻检测系统和方法。主要实现了便携、灵活的电子鼻监测。

本发明采用以下技术方案：一种嵌入式电子鼻检测系统，所述嵌入式电子鼻检测系统，包括：空气净化装置、密闭气室、传感器阵列、接口电路、嵌入式系统和电源装置。

空气净化装置选用活性炭作为气体吸附剂,将环境空气净化为标准气体。

空气净化装置与三通阀相连，为密闭气室提供标准气体，为每次检测提供相同的气室内部环境。

三通阀与气泵和另一个三通阀相连，作为气室吹瓶和采集的控制开关。

气泵与气室相连，为每次检测控制采集速度和吹瓶。

另一三通阀与气室相连，为气室气流形成通路及控制采集或者吹瓶状态。

密闭气室有一个进气口和一个出气口，分别与气泵和三通阀相连，内部用于放置传感器阵列和被测样品。避免了外界环境对传感器的干扰，增强结果的可靠性。

设计空气净化装置，减少了外界环境气体的干扰。标准气体的流量通过改变气泵的供电电压来调节。

传感器阵列由3个气敏传感器和一个PID传感器组成，通过与气体接触将气体种类及与浓度有关的信息转换成电压信号，获取气体的指纹信息，为后续的数据预处理和模式识别提供原始数据信号。

传感器阵列能够检测甲烷、氢气、乙醇以及样品中VOC气体、易挥发的气体和蒸汽。

传感器阵列封装在密闭气室里与接口电路相连，传感器阵列将电压信号传给接口电路。

接口电路模仿SPI通信协议，用I/O接口模拟的方式实现串行通信。通过对传感器的信号进行放大、滤波以及模数转换等处理形成数字信号。

接口电路与微处理器相连，并将数字信号传给嵌入式系统。

嵌入式系统包括：硬件部分和应用软件。硬件部分为操作系统和应用软件提供运行环境，以及一些必要的存储、通信等设备；应用软件为用户提供操作界面，控制嵌入式系统的工作。

嵌入式系统主要处理从接口电路传过来的数据，处理数据并给出模式识别的结果。

电源装置为所有单元提供供电。

所述嵌入式电子鼻检测系统，能够独立完成采集到模式识别的工作，也能嵌入到其他系统或便携装置中，提高了系统使用的灵活性和多样性。

数据采集，将模数转换后的数据存入存储器中,同时以数字和图形的形式显示给用户。包括数据采集和数据显示两个子过程。

数据预处理，为了消除外界干扰造成的噪声,对数据采用三点均值滤波方法。

特征提取，为了便于模型训练提取数据的相关特征。

特征提取，提取的是数据的绝对最大响应值-最小响应值、对数曲线拟合一次项系数、对数曲线拟合常数项系数等3个特征。

数据特征提取完成后,将4个传感器的3个特征值作为输入,通过KNN算法对样本进行识别。

模式识别，可以将采集的数据传送到PC机上进行识别,也可以直接在嵌入式系统中进行样本识别。

所述嵌入式电子鼻检测方法，模式识别算法可在嵌入式系统中运行也能在PC机上完成。直接在嵌入式系统进行简单的模式识别算法，也能将采集的信号文件存放于移动存储设备中，并将文件复制到PC机中进行模式识别。

本发明将系统实时高效性、硬件依赖性低的嵌入式系统运用到电子鼻监测系统中。嵌入式电子鼻体积小、重量轻、功耗低，使用方便，可以作为先进的检测技术应用于更多领域。

附图说明

图1为本发明的系统结构。

图2为本发明的空气净化装置示意图。

具体实施方式

本发明利用传感器阵列将样品挥发的气体转化为电压信号，经过接口电路的信号放大、滤波和模数转变形成数字信号传给嵌入式系统，在嵌入式系统中进行数据采集、数据预处理、特征提取、串口通信和模式识别。并将识别的结果反馈给用户。为了排除外界环境对系统的干扰，使系统的识别结果更准确，系统设计了空气净化装置和密闭气室。附图1示出了本发明电子鼻检测系统的结构，以下就本发明作具体的说明。

肉品、食品等在腐败过程中伴随着硫化氢、氨气等气体的挥发，且随着腐败程度的加剧浓度越来越高，气敏传感器能够很好的对这些气体进行感应，进而实现电子鼻检测。

本发明以微控制器为核心建立了一套嵌入式系统，系统有512kb的Flash，以及JTAG口、USB口、串口、I/O口、显示屏等设备。一套集成的嵌入式电子鼻装置由空气净化装置、密闭气室、传感器阵列、接口电路、嵌入式系统和电源六部分组成。嵌入式电子鼻体积小、重量轻、使用方便。

附图2示出了本发明电子鼻检测系统的空气净化装置示意图，为获得被检测物质的类别或质量信息，嵌入式电子鼻系统的各部分需要协同工作。以下为它的基本工作过程：

1、开启气泵，设置三通阀，使气室处于吹瓶状态下，气泵工作，空气净化装置进入环境空气，净化后的空气流入气室，将气室内的原始气体经过三通阀的出口排出，使传感器处于稳定的标准气流中；

2、等待传感器输出的电压值达到稳定状态，放入被测物质，关闭气泵，调节两个三通阀的位置，是气室密闭，处于采集状态；

3、采集样本数据，调节气泵供电电压，调节采集速度，每2秒读取一次传感器的电压值，一次读取的过程是先将电压信号做放大、滤波处理，然后进行模数转换，最后送入嵌入式系统储存；

4、将实验对象的完整数据进行滤波、归一化、特征提取和模式识别并显示结果；

5、采集的数据也可以通过USB串口将数据存储在U盘中或者通过无线传输方式，然后数据可在PC机上进行更复杂的模式识别。

本系统所需的电压有+5v、3.3v。为使系统简单，采用+5V单电压供电方式，3.3v电压通过电压变换得到，系统所需的+5V直流电压可以由电池组提供。

上面所述的实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。