检测恶臭的电子鼻系统开发与应用研究

摘要

恶臭是重要的环境污染因子，常规检测技术如气相色谱等耗时较长且耗费较高，不利于在线快速评价空气污染情况。本文研究以传感器阵列为基础的信号融合技术，建立低成本、无损、简单、快速准确的电子鼻在线检测系统，同时实现多点、实时、快速检测目标，在此基础上建立垃圾填埋场、化工园区等重点管控目标的空气环境污染评价技术。
　　本文在分析电子鼻技术国内外研究现状及其发展趋势的基础上，以电子鼻对恶臭检测为目标，设计并实现了电子鼻的软硬件系统，建立了半定量分析恶臭的算法，并以垃圾填埋场为对象，开展实地检测应用研究。
　　本文建立的电子鼻在线检测系统采用MSP430和Cortex A9作为处理器。硬件部分主要包括：传感器阵列、信号提取模块、泵阀控制驱动模块、通信协议模块、人机交互系统模块等。软件部分包括MSP430的底层控制程序和运行于CortexA9的基于WinCE的人机交互程序，其中控制程序主要实现AD采集、泵阀控制、串口数据收发等功能，人机交互程序主要有串口配置模块、数据库建立模块、算法处理模块、软件配置模块、数据显示模块、历史数据模块。
　　在算法设计方面，本文以垃圾填埋场和化工园区为目标环境，应用 PCA分析、常规型BP算法、改进型BP算法、RBF算法等技术，建立用于评价目标环境的污染指数和风险评估。论文最后对A市B垃圾填埋场进行实地检测研究，结果表明，结合相应智能算法的电子鼻系统可以实现目标环境有效、快速检测与评估。
　　论文针对不同类型的气体传感器阵列的信号融合技术做了理论归纳，并创新性的进行了系统结构设计，包括气路的密封性、传感器的可更换性、电路的可调性等。论文选用实用性的小数据库SQLite嵌入到WinCE系统中，最终保证了系统长时间运行的稳定性和可靠性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3研究框架

第二章 电子鼻的原理

2.1 气体传感器分类

2.2 气体传感器选择

2.3 实验室标定

第三章 电子鼻的研制

3.1 系统总体方案设计

3.2 系统硬件设计

3.3 单片机底层控制软件设计

3.4 人机交互系统软件设计

3.5 结构设计与装配调试

第四章 模式识别

4.1 算法介绍

4.2 算法选择

4.3模型验证

第五章 电子鼻检测恶臭的应用研究

5.1 实地采集测量

5.2 B垃圾填埋场恶臭检测模型参数估计

5.3 B垃圾填埋场恶臭检测验证

第六章 结论

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果

致谢