基于51单片机的无线式手持电子鼻系统的开发与应用研究

摘要

电子鼻已广泛地应用于生活中的许多领域。手持式电子鼻的发展更是拓展了电子鼻的应用范围。目前的手持式电子鼻大多是以单片机为核心的嵌入式系统,且自身存在一个缺陷,即便携性与分析能力的矛盾。鉴于此本文实现了两款基于51单片机的无线式手持电子鼻系统——NSSRL-H1电子鼻与NSSRL-H2电子鼻。该电子鼻系统由信息获取与数据分析两个分离模块组成,因而兼具比较好的便携性与比较强的分析功能。该电子鼻系统具有低成本、无线化的特点,并有望适用于生产流程控制,环境监测等场合。
　　NSSRL-H1电子鼻的成本在RMB10000以内,尺寸为200×130×55mm3,重量为934g,工作能耗约6W,能够连续工作3.2h。它采用7个商用TGS气体传感器(8个气敏元件)组成的MOS气体传感器阵列,能够同时采集8通道的气体传感器信号,并在每秒内对每个通道采集10个样本点。在NSSRL-H1电子鼻的基础上,经过结构、电路、软件上的优化后实现的NSSRL-H2的电子鼻的尺寸为114×60×45mm3,重量约为450g,工作能耗减小至3.6W以内,连续工作时间为4h;通过丝网印刷工艺制作了尺寸为6×5.2×0.38mm3的8元件MOS气体传感器阵列。NSSRL-H2电子鼻不仅比NSSRL-H1电子鼻具有更小的体积和功耗,以及更优化的传感器阵列,而且增加了人机交互的界面与功能。
　　对以上电子鼻的性能从硬件方面进行了评价。实验表明表明该电子鼻系统适用于500Ω～200MΩ电阻范围内的传感器阵列,并且具有较好的稳定性与可靠性。通过一个实际应用测试对电子鼻的性能进行了进一步地验证。选用7种不同的中草药作为电子鼻系统的识别对象。采用主成分分析法(PCA)对实验数据进行了初步分析,表明不同种类中草药的数据样本有着比较明显的界限。采用判别函数法(DFA)对中草药进行了分类,结果显示电子鼻对样本的识别率为94.3％。实验结果表明电子鼻系统的性能良好,具备较好的应用前景。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 电子鼻的概述

1.3 便携式电子鼻的研究进展

1.4 本课题的选题思路及主要工作内容

2 手持式电子鼻NSSRL-H1的开发

2.1 引言

2.2 硬件设计

2.3 软件设计及工作流程

2.4 本章小结

3 手持式电子鼻NSSRL-H2的开发

3.1 引言

3.2 结构的优化设计

3.3 电路及软件的优化设计

3.4 本章小结

4 电子鼻系统的性能评价与应用测试

4.1 引言

4.2 性能评价

4.3 应用测试

4.4 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文