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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于PSD3234A单片机的手持式电子鼻的研制 姓名：徐后坤 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：谢长生;胡木林 20061231 华 中 科 技 大 学 硕 士 论 文 I 摘 要 电子鼻是一种由具有部分选择性的化学传感器阵列和相应的模式识别系统组 成，能识别简单或复杂气味的仪器，是 90 年代发展起的一种新颖的分析、识别和检 测气体及大多数挥发性物质的仿生气体分析仪器。近年来随着传感器和人工智能技 术的不断提高，电子鼻的功能和应用也得到了很大的发展。电子鼻在产品质量控制、 环境监测、航空航天、汽车、家庭安全、临床诊断、化工控制等方面显示了其广阔 的应用前
2、景，因此，电子鼻的研究受到广泛关注和普遍重视。但是目前的电子鼻体 积比较大、价格高，阻碍了电子鼻的普及使用。研究表明微型化、集成化、价格低、 便于携带、能现场使用的电子鼻是未来电子鼻技术广泛使用的关键。 本文在总结了电子鼻的原理和结构的基础上， 采用PSD3234A单片机系统为核 心设计实现了一个手持式电子鼻系统。通过传感器阵列的选择，对待测气体进行信 号的采集、训练后，可将训练结果编程烧入单片机即可方便实现对待测气体的识别。 手持式电子鼻硬件系统是一个典型的单片机应用系统，使用了单片机的全部内 部资源和多种外部接口技术。设计了信号采集电路、单片机及其外围工作电路、电 源管理电路、与 PC 机
3、进行串口通信电路等系统需要的各种电路。 电子鼻的软件系统采用模块化设计，将程序分成多个功能模块，由主程序和各 个模块子程序组成。子程序模块主要包括系统初始化子程序和功能子程序模块。系 统初始化子程序主要是硬件系统的初始化，是系统实现的软件基础。而功能子程序 模块可以根据具体的需要来编程添加以实现需要的功能。且系统操作界面友好，可 以方便地控制电子鼻进行实时的数据处理与结果显示。 本文主要分四部分，第一部分介绍了电子鼻的发展历史和应用，总结了电子鼻 的原理和结构，指出了电子鼻的发展趋势，并阐述了本课题研究的意义 。第二部分 在电子鼻原理和结构的基础上， 采用PSD3234A单片机为核心设计实现了
4、手持式电 子鼻系统的硬件部分，描述了各个部分的原理和实现功能。第三部分设计了电子鼻 系统的软件部分，详述了各部分软件实现的功能。第四部分利用该系统对几种挥发 性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称 VOCs）气体进行了实验，采集信 号并与 PC 机共享数据，然后将在 PC 机上训练好的样本烧入单片机实现了对这几种 VOCs 气体的定性识别。 关键词：电子鼻 传感器阵列 PSD3234A单片机 C51 语言 k- 近邻法 华 中 科 技 大 学 硕 士 论 文 II Abstract An electronic nose (E- Nose) is an inst
5、rument, which comprises an array of electronic chemical sensors with partial specificity and an appropriate pattern recognition system, having the capablility of recognizing simple or complex odors. The E- Nose is a new type of analytical instrument for gas determination which mimics the human olfac
6、tory system, it having been attracted extensive attention since 1990. With the improvement in the sensor technology and artificial intelligence, The E- Nose has been greatly developed in its function and application. The E- Nose has shown great application potentials in many other fields, such as fo
7、od industry, aviation and spaceflight, air detection, automobile, indoor security, diagnose of clinic, and so on. However most electronic noses are very expensive and big in volume, which baffled its application. It has been demonstrated that the development of electronic nose would aim at its intel
8、ligence, miniature, integration and lower price. Based on its working principle and structure, an hand- held E- Nose system was designed and prepared using PSD3234A Microcontroller Unit (MCU), which has been used successfully to classify and recognize gas by training after selecting gas sensor array
9、. The hand- held E- Nose system is an MCU application system, utilizing all of interior resource and lots of exterior interface techniques of the MCU. The signal condition circuit, the periphery circuit of MCU, the power circuit, RS- 232 and all of hardware configuration were designed. The E- Nose s
10、oftware system adopted modularization, which comprises main program and subprogram. While the subprogram include initialization subprogram and function subprogram, which is the basic of software system. The E- Nose provides a friendly interface, so that users can control the system easily. There are
11、 four parts in this thesis. In the first part, the development history and application of electronic nose was introduced, and then the principle and structure were summarizes, pointing out the development direction before the purpose and importance of our research have been presented. In the second
12、part, an hand- held electronic nose system was designed and prepared using PSD3234A MCU which based on the working 华 中 科 技 大 学 硕 士 论 文 III principle and structure, the principle and function of each parts were described. In the third part, we designed the E- Nose software system and expatiated the f
13、unction which each parts achieve. In the fourth part, the electronic nose acquired data of which experimented to the VOCs gas, and then transmited the data to computer, the sample which had been trained in PC was programmed into MCU, finally the electronic nose could recognize four kinds of VOCs gas
14、. Keywords: Electronic nose; Gas Sensor Array; PSD3234A MCU; C51 language; k- Near Neighbor Recognition 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关
15、保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_ _ _ _ _ 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 论 文 1 1 绪 论 人类已经进入信息时代，信息的获取、传输和处理成为人类一切社会活动的中 心，与此对应的传感技术、通讯技术和计算机技术则构成了现代信息技术的三大支 柱。作为对信息的准确获取和精密检测的手段，传感技术成为信息技术的基础，受 到各国的重视并因此成为发展最迅速的技术之一。 电子鼻就是近年来随着传感器技术的发展而迅速发展起来的一个研究领域，它 涉及传感技术、模式识别、电子技术、计算机技术、神经生理学和数学等多个学科， 其中传感器技术和模式识别是电子鼻的两大基础，电子技术和计算机技术为电子鼻 提供了实现手段，而神经生理学和数学为电子鼻提供了理论基础并指明了发展方向。 1 . 1 电子鼻的发展历史及其应用研究 随着科学技术的发展和社会的进步，生产过程控制、环保、安全、办公、家庭 等各方面的自动化正在迅速发展
