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1、欢迎下载计算机/单片/机械范文网()文档. 今日已上传64份范文 站长QQ: 844511071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适当的模式识别系统组成、能够识别简单或复杂气味的仪器。电子鼻在食品工业、航空航天、环境监测等方面具有诱人的应用前景，因此，这一研究领域受到广泛关注和普遍重视，近年来发展迅速。 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资源和多种外部接口技术。 电子鼻的软件系统由单片机软件和PC机软件两部分组成。单片机软件用C语言编写，在系统脱机工作时全面实现对系统的控制、处理、分析和显示功能;在连机工作时，负责采样、数据传送。PC机软件用Vis
2、ual C+语言编写。 关键字:电子鼻气 敏传感器阵列 模式识别 单片机特征提取AbstractThe electronic nose is that one kind is has some alternative chemical sensor arrays and proper mode recognition systems to make up , can discern the instrument of the simple or complicated smell . The electronic nose has a captivating application prosp
3、ect in such aspects as food industry , Aero-Space , environmental monitoring, so, this research field is paid close attention to extensively and generally pay attention to, develop rapidly in recent years.The hardware system of electronic nose is that a typical one-chip computer uses the system, use
4、s all inside resources of the one-chip computer and many kinds of outside interface technology. The software system of the electronic nose is made up of one-chip computer software and PC software. The one-chip computer software is written in C language, realizes to the control , treatment , analysis
5、 of the system and shows the function in an all-round way when the system taking off machine works; Responsible for sampling , data transmission when the connecting with machine works. The PC software is written with Visual C + language.Key word: The electronic nose is angry Array of the quick senso
6、r Pattern-recognition The characteristic of the one-chip computer is drawn、目录摘要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1电子鼻研究的背景11.1.1气敏传感器的应用及其局限性11.1.2电子鼻的提出21.2电子鼻的研究现状21.3论文的主要工作5第2章 电子鼻的原理和结构62.1电子鼻的生物学基础62.1.1嗅觉产生的机理和特点72.1.2嗅觉信号的传递和处理82.1.3嗅觉中枢的反馈82.2电子鼻系统的结构92.3传感器阵列的组成92.4传感器阵列的简单模型102.5信号预处理电路102.6模式识别技术
7、112.7电子鼻中常用的模式识别方法122.8输出方式14第3章 传感器阵列的数学模型153.1传感器阵列的响应矩阵153.1.1气敏传感器的响应曲线153.1.2信号预处理163.1.3阵列对混合气体的响应173.2系统的识别性能183.2.1单个传感器能识别的气体数183.2.2阵列可识别的气体数203.2.3响应的不确定性对性能的影响253.2.4传感器的相关性对性能的影响26第4章 电子鼻的硬件284.1电子鼻系统的设计方案284.1.1电子鼻系统的研制目标284.1.2系统的结构和功能294. 2进样系统304.3单片机及其外围电路324.3.1 MCS-51单片机及片外总线结构33
8、4.3.2 MCS-51单片机的时钟电路和复位电路364.3.3 MCS-51单片机的系统扩展364.4传感器加热电路384.5采样电路404.6 键盘接口424.7字符型液晶显示模块LCM接口434. 8串行通信接口44第5章 电子鼻系统软件465.1串行通信协议465. 2单片机软件495.2.1连机子程序515.2.2脱机子程序525.2.3数据采集过程52第6章 结论54致谢55参考文献56附录1:中文资料58附录2:英文资料63附录3:程序68计算机毕业设计购买 www.LunWenDz.Com 工科毕业设计代做:www.LunWen168.Net 开题:www.KtJia.Com第
9、1章 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. 电子鼻是近年来迅速发展起来的一个研究领域，它是一门涉及传感技术、模式识别、电子技术、计算机技术、神经生理学和数学等的交叉学科，传感器技术和模式识别是其两大基础，电子技术和计算机技术为其提供了实现手段，神经生理学和数学为其提供了理论基础并指明了发展方向。1.1电子鼻研究的背景1.1.1气敏传感器的应用及其局限性 传感器是指能感受规
10、定的被检测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感技术是以传感器为核心，结合相关的学科(微电子学、材料科学等)形成的关于传感器材料、设计、制造、性能和应用的综合技术 根据工作原理的不同，传感器大体上可以分为物理型、化学型和生物型三大类。气体传感器是化学传感器的一个重要分支，它是一种能感受被测气体，并能根据气体浓度，按一定的规律转换成可输出信号的装置，在工业生产、军事工程、环境保护、防灾报警、食品检测、医疗卫生等方面有广泛的应用前景。 气敏传感器的种类很多，常用的如固态电解质气敏传感器、半导体气敏传感器、声表面波气敏传感器等。各类气敏传感器性能差异较大
11、，各自的主要检测对象也不一样，但是它们都不同程度地存在着诸如选择性、稳定性、一致性等问题。 因此，单个的气敏传感器虽然能有效地用于特定的场合，但是在检测成分复杂的混合气体或挥发性化学物质时，在灵敏性、对复杂混合物的分辨能力和对不断变化的环境的适应性上远逊于人的嗅觉系统，更无法和猪、狗等以嗅觉灵敏著称的动物相比。1.1.2电子鼻的提出 目前，在很多领域仍然应用人或动物的嗅觉对气味进行分辨、识别或评价，如利用人的嗅觉评价食品(如咖啡、白酒等的质量)、利用狗的嗅觉检测毒品和爆炸物等。动物的嗅觉具有灵敏度高、容错性强等优点，而且具有训练、学习功能。但是，动物，特别是人的嗅觉系统有一定的主观性，并且在一
12、个环境中待久了，嗅觉系统容易疲劳，也就是所谓的“久入芝兰之室而不闻其香，久入鲍鱼之肆而不闻其臭”，更重要的是，在自动化程度高的领域，如食品工业，由于生产过程的其他环节己经实现自动化，用人工去评价原料、成品或半成品的质量已经成为制约生产效率进一步提高的瓶颈。 一个模拟嗅觉分辨机理的设备，如果能克服单个传感器的缺点，既能检测特定的气体，又能评价混合气体或挥发性化学物质，再加上它不会疲劳，可以给出客观的数据或结论，将会在某些领域中部分或完全替代动物的嗅觉，在特殊环境条件下更将大有用武之地。 虽然生物学家至今尚未完全理解嗅觉感受和气味辨别所涉及的生物化学机理，但是相关技术的发展使得通过电子方法模拟动物
13、的鼻子成为可能。在此过程中，人们主要是模仿生物嗅觉系统的两个基本特征：(1)对多种气体和气味敏感；(2)通过必要的处理，能够识别所闻到的气体或气味。1.2电子鼻的研究现状 在过去的三十多年中，一些研究人员一直活跃在这一领域，包括Wilkens ,Dravnieks, Tanyolac, Herberhold, Persaud, Dodd以及Abe等人，他们都曾经尝试设计和制造包含生物嗅觉系统概念的设备。1964年，Wilkens和Hatman提出对嗅觉过程的电子模拟，这是有关电子鼻的最早报道。1982年，英国Warwick大学的Persaud和Dodd提出了电子鼻的概念，他们的电子鼻系统包括气
14、敏传感器阵列和模式识别系统两部分，而前者由三个半导体气敏传感器组成。这一简单的系统可以分辨按树脑、玫瑰油、丁香芽油等21种复杂的挥发性化学物质的气味。1994年，英国Warwick大学的Gardner和Southampton大学的Bartlett使用了“电子鼻”这一术语并给出了定义“电子鼻是一种由具有部分选择性的化学传感器阵列和适当的模式识别系统组成，能识别简单或复杂气味的仪器”。 随着材料科学和制造工艺的发展，经过Warwick(英国)、Southampton(英国)、Toulouse(法国)和Tuebingen(德国)等大学的研究人员十几年的努力，电子鼻的研究达到了一个相当高的水平。 目前
15、，电子鼻的研究主要集中在以下几个方面:1.器件方面的研究:包括新型敏感材料，特别是有机材料、复合材料和生物敏感材料，以及新型传感器的结构和工艺研究。目前已经开发出多种敏感材料和阵列结构。 2.模式识别方法的研究:包括适合传感器阵列响应信号的特征提取方法和模式识别方法两方面，常用的模式识别方法有统计模式识别的方法(包括主成分分析、判别函数分析、聚类分析等)和人工神经网络(包括BP网络、Kohonen网络等)的方法，表1. 1给出了电子鼻中常用的模式识别方法。与统计模式识别相比，人工神经网络(ANN)模式识别有以下几个优点:它本身模拟了神经信号的传输和整合机理，和嗅觉系统最为接近；良好的容错性和很强的适应能力；具有很强的自学习能力和对环境的自适应能力;网络被训练好后具有快速操作性能。因而ANN在电子鼻研究中最具有应用前景。表1.1 电子鼻中常用的识别方法模式识别方法监督参数线性传感器主成分分析有无是MOS,CP,QMB判别函数分析(DFA
