基于无线传感器网络和电子鼻的鱼类新鲜度监测系统研制

摘要

鱼类等肉制品在加工、运输、贮存和货架销售过程中，卖家、管理部门和买家都需要对其新鲜度进行检测，因为，由于外界环境、微生物等的作用，肉制品会腐败变质，产生不良风味，致使品质下降。目前，检测的主要方法有人工评判和生化方法。人工感官评价受判别者的身体状态、情绪及环境变化的影响较大，生化方法操作费时、费力，仪器昂贵。因此，需要一种新的技术来客观、简洁、快速评价肉制品新鲜度。电子鼻是模仿人和动物的鼻子，用于分析、识别、检测复杂气味和挥发性成分的新型仪器，与常用的分析仪器（如色谱仪、光谱仪等）相比，电子鼻具有客观、准确、快捷地评价气味，并且重复性好的特点。电子鼻采用气敏传感器阵列，结合嵌入式系统设计和神经网络模式识别算法，能够对混合气体中的气体成分进行定性或定量分析，在食品加工和检验、医疗诊断、毒气检测和控制领域有着广阔的应用。因此，本项目利用嵌入式技术、计算机技术和信息处理技术设计鱼类新鲜度监测用的无线电子鼻，并对不同新鲜度的肉制品进行定性识别研究。
　　筛选3个响应和恢复时间较快、灵敏度好、特性各异、长期稳定性好的TGS8xx系列气敏传感器，将其与温湿度传感器一起组成传感器阵列。硬件电路包括传感器阵列模块、信号预处理模块、人机接口模块、无线通信模块、RS232通讯模块等，主要功能是进行气体传感器阵列信号的提取及处理，并以STM32作为系统的核心控制器，配合CC2430实现Zigbee无线通信，构建多个终端节点，实现多目标、全方位的实时监测。上位机利用虚拟仪器软件LabVIEW搭建数据采集、数据回放、数据预处理、特征提取和模式识别的综合应用平台，并将基于MATLAB的主成分分析和概率神经网络算法集成到LabVIEW当中。对5种不同新鲜度的样品进行处理，PCA和PNN的实验结果都表明了本项目设计的电子鼻能识别不同新鲜度的肉制品，识别率100％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

2 电子鼻硬件系统设计

2．1 系统总体结构

2．2 电子鼻硬件系统设计

2．2．1 传感器阵列模块

2．2．2 信号调理模块

2．2．3 核心处理器模块

2．2．4 电源模块

2．2．5 键盘模块

2．2．6 显示模块

2．2．7 无线通信模块

2．2．8 串行通信模块

2．3 硬件实物图

3 电子鼻软件系统设计

3．1 嵌入式软件设计

3．1．1 主程序

3．1．2 A／D转换子程序

3．1．3 数码管显示子程序

3．1．4 按键子程序

3．1．5 无线通讯子程序

3．1．6 串行通信子程序

3．2 上位机软件设计

3．2．1 LabVIEW简介

3．2．2 数据采集

3．2．3 数据特征提取及智能判定

4 鱼肉新鲜度识别实验

4．1 实验样本获取

4．2 基于统计方法的新鲜度识别

4．2．1 主成分分析

4．2．2 实验过程

4．2．3 结果分析

4．3 基于神经网络的新鲜度识别

4．3．1 概率神经网络法

4．3．2 实验过程

4．3．3 结果分析

5 结论

参考文献

致谢

附录A (母板、Zigbee板、传感器板原理图)

附录B (母板、Zigbee板、传感器板PCB图)