用于农产品现场快速检测的可拆装便携电子鼻的制作方法

本发明涉及一种用于农产品现场快速检测的可拆装编写电子鼻，属于农产品检测领域。

背景技术：

在农产品检测领域，电子鼻的应用越来越广泛，其利用具有交叉敏感性的气敏传感器获取样品的“指纹”信息来进行识别和量化待测样品的挥发气体。而现阶段，应用较多的电子鼻往往为台式设备，体积庞大，不易携带且需要依靠pc机进行模式识别算法的运算，在移动环境的农产品检测应用中，往往需要现场采集相关气体信息数据然后再利用pc机进行处理，不具有现场快速检测的能力。

目前，已有很多学者致力于开发适用于农产品现场快速检测的电子鼻系统，也基本实现了其既定目标。然而，其所开发的电子鼻系统在实际应用中或多或少存在些问题，影响其实用性，需要人们对其进行改进。

现有的电子鼻中，如发明专利申请（cn103424433a），“一种用于农产品品质检测的远程无线电子鼻系统”，其利用gprs模块建立了下位机气体信息采集系统和上位机数据处理系统的通讯，虽然可以实现通过远程监控的方式，在实验室中利用pc机对获取的数据进行分析，以实现现场快速检测。然而对于一个新的检测环境，需要重新架设气体信息采集系统，且gprs是一种收费通讯方式，在后期的使用中会产生额外的费用，且gprs模块长期置于复杂环境以缩短其寿命，在农产品现场快速检测领域具有一定的局限性。因此具有独立运算能力的嵌入式便携电子鼻在农产品品质现场检测中具有更好的应用优势。而发明专利申请（cn101226166a）与发明专利申请（cn103728348a）所分别公开的可脱离pc机独立工作的便携式电子鼻均采用显示面积小的led或lcd显示屏来显示检测过程中的信息，信息结构单一，且采用大量机械按键，不仅增加了硬件电路的复杂程度，同时不具备很好的稳定性。同时上述两个专利申请一体化了气味采样模块与信号模块，使得对于不同的应用对象，不能很方便的采用不同的传感器阵列进行相应的检测，在一定程度上限制了电子鼻检测对象的范围。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种体积小、实时性好、适用范围广、具有良好信息显示功能的用于农产品现场快速检测的可拆装便携电子鼻。

一种用于农产品现场快速检测的可拆装便携电子鼻，包括可拆装便携气味采样器和信号处理与控制系统；可拆装便携气味采样器由传感器阵列、小型管式气室、采样执行器和采样器外壳组成；信号处理与控制系统分为嵌入式数字处理系统和触控显示系统：嵌入式数字处理系统包括数字信号处理器dsp、气路控制模块和信号处理电路；触控显示系统由具有触摸功能的tft彩色液晶屏及人机交互界面组成；可拆装便携气味采样器通过航空接头与信号处理与控制系统连接。

所述小型管式气室为一材质为特氟龙的直方柱，其内部开有一圆柱形气道；所述的小型管式气室的表面开有多个圆通槽；所述小型管式气室的一端开有进气口，一端开有出气口。

所述嵌入式数字处理系统采用的数字信号处理器dsp为ti公司生产的tms320f28335处理器，通过编程可实现信号采样、软件滤波、信号预处理、特征提取、模式识别、数据存储及数据发送操作。

所述人机交互界面通过所述tft彩色液晶屏上的rs232接口与tms320f28335的spi口进行数据交换，每次传输数据长度为8位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设计巧妙，将气味采样器和信号处理与控制系统相分离，并通过航空接头连接以进行数据输出。在现场检测中，针对不同的检测对象，通过筛选特定的传感器阵列可有效提高电子鼻检测效果。因此分离设计更易于传感器阵列更换，也减少了传感器更换造成检测系统线路脱落的问题。

同时，上述分离设计避免了因传感器线路复杂造成的检修困难问题，使得采样器和信号处理与控制系统更易于维护。并且分离设计也在一定程度上削弱了气敏传感器加热过程造成的系统过热的情况，有利于延长信号处理与控制系统中电子器件的使用寿命。

所述电子鼻采用tms320f28335芯片作为cpu，使得其具有独立运算复杂数据的能力，可脱离pc机在移动环境中对样品进行快速检测识别，扩大了电子鼻检测的地域范围。

所述电子鼻采用tft彩色液晶显示屏不仅解决了因采用机械按键所造成的电路复杂问题，同时可详细显示检测过程的信息，提高了所述电子鼻的交互性，使得其在农产品现场快速检测领域具有更好的适应性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构框图。

具体实施方式

参照图1和图2，本具体实施方式采用以下技术方案：本发明包括可拆装便携电子鼻，包括可拆装便携气味采样器1和信号处理与控制系统2；可拆装便携气味采样器1由传感器阵列、小型管式气室、采样执行器和采样器外壳组成；信号处理与控制系统2分为嵌入式数字处理系统和触控显示系统3：嵌入式数字处理系统包括数字信号处理器dsp、气路控制模块和信号处理电路；触控显示系统3由具有触摸功能的tft彩色液晶屏及人机交互界面组成；可拆装便携气味采样器1通过航空接头与信号处理与控制系统2连接。

由于在实际操作过程中，气敏传感器需加热至特定的工作温度（200℃以上），为避免因气室在高温情况下产生异味而影响检测过，气室需采用具有耐热性、化学惰性的材料。故所述小型管式气室为一材质为特氟龙的直方柱，且其内部开有一圆柱形气道。

为了精简气室，提高所述电子鼻的便携性，同时为满足可安放多个传感器的要求，故所述的小型管式气室的表面开有若干圆通槽，用于安放不同型号的气敏传感器；所述小型管式气室的一端开有进气口，一端开有出气口。

为了避免气敏传感器的信号线直接裸露，消除因物理触碰而造成的信号不稳定，需设计一个外壳用于包裹传感器气室，且需满足气室进气出气的需求，故所述采样器外壳两端分别开有与进气口和出气口对应的圆槽。

同时为了避免信号线杂乱的现象，需将各气敏传感器信号进行梳理，并通过统一接口与信号处理与控制系统连接，故所述采样器外壳在出气口朝向的一端安放两组航空接头，用于实现和信号处理与控制系统间的数据交换及电源供应。

所述嵌入式数字处理系统采用的数字信号处理器dsp为ti公司生产的tms320f28335处理器，通过编程可实现信号采样、软件滤波、信号预处理、特征提取、模式识别、数据存储及数据发送等操作。

基于所采用的tft彩色液晶屏的实际硬件基础，其主要依据其内部集成的rs232接口与外部进行数据交换，且每次可接收的数据长度为8位。同时考虑到所采用的tms320f28335的内部硬件资源及与rs232数据传输的匹配度，采用spi口与tft彩色液晶屏的rs232接口连接以实现两者的数据交互。故需设定所述人机交互界面通过所述tft彩色液晶屏上的rs232接口与tms320f28335的spi口进行数据交换，每次传输数据长度为8位。

所述航空接头中，一组为信号传输接头，一组为电源供电接头。

本发明的工作过程如下：

在实施例中，采用了8个具有交叉选择性的金属氧化物半导体气敏传感器，分别是s1（tgs832）、s2（tgs825）、s3（tgs2600）、s4（tgs826）、s5（mp-4）、s6（wsp2110）、s7（mq138）、s8（tgs2201），其中s1是卤素气体传感器，s2是硫化氢气体传感器，s3是氢气/酒精传感器，s4是氨气传感器，s5是烷烃类气体传感器，s6是甲醛气体传感器，s7是酮类/醇类气体传感器，s8是no/no2气体传感器。通过将上述传感器安放于所述小型管式气室表面的圆通槽内，并将各传感器的信号线梳理并与信号传输接头相连接。气路控制电路的控制信号线经过梳理后也与信号传输接头相连。通过在信号处理与控制系统的外部壳体安装相应的信号传输接头，并将该接头所对应的信号线与tms320f28335芯片的第一组数模转换通道（channel1-channel8）相连以构建完成的信号传输通道。信号处理与控制系统内部的蓄电池则通过电源供电接头与气味采样器相连以实现供电。

在实际检测中，通过在人机交互界面上键入操作信息，并通过spi口传输给tms320f28335芯片，以控制气路控制模块进行样本气体的进气、洗气等操作。同时tms320f28335芯片根据所经信号处理模块处理后的原始数据进行数据预处理、特征提取、模式识别等操作，并将每一步的处理结果显示在tft彩色液晶屏上，这便是所述的一种用于农产品现场快速检测的可拆装便携电子鼻的工作原理。对于不同的检测对象，可拆除气味取样器和信号处理与控制系统间的数据连接线，并更换合适的气味取样器，重复上述操作并可实现相应的检测。