[发明专利]一种基于嗅觉的感知系统

权利要求书

1.一种基于嗅觉的感知系统，其特征在于，包括嗅觉传感器阵列、中央处理模块、电源模块，所述嗅觉传感器阵列与所述中央处理模块连接，所述电源模块实现感知系统的供电；所述嗅觉传感器阵列包括若干嗅觉传感器，所述嗅觉传感器设置于智能体的不同方向的各个位置，所述嗅觉传感器包括若干气体传感器、若干风向风速传感器、信号调理模块、信号采集模块、信号处理模块、无线模块，所述气体传感器/风速风向传感器、信号调理模块、信号采集模块、信号处理模块、无线模块依次连接；

所述中央处理模块包括预处理模块、感知学习模块、功能实现模块、拓展开发模块及样本数据库；

所述预处理模块将所述嗅觉传感器阵列的信号进行降噪、滤波和预处理，补偿不同传感器间的信号差异；

所述感知学习模块将所述预处理模块输出的信号进一步处理，感知智能体所处的环境中的气体类型、气体浓度、气体混合程度和气体分布信息；

所述功能实现模块接收所述感知学习模块实时感知到的气体类型、气体浓度、气体混合程度和气体分布，将嗅觉信息做进一步分析实现感知物体类别、物体方位、自身位置区域、气体源头追溯、构建环境气体分布图谱功能；

所述拓展开发模块，包含用户交互接口，实时读取、接收、存储嗅觉感知系统感知到的气体信息，实现输出气体分布图谱功能；

所述样本数据库，包含基础的样本气体信息，所述气体信息可以被添加或删除，数据库中的内容包括单种气体的信息、多种混合气体的信息、单个物体的气味信息、多个物体的气味信息；

所述感知学习模块能够实现正常工作功能和自适应工作功能，正常工作功能将嗅觉传感器感知到的信息与样本数据库中的已知信息匹配，以精准感知气体类型、气体浓度；自适应工作功能用于分布有未知气体的空间中的嗅觉感知，运用无监督学习的方法识别气体类型和分布情况，当触发识别到未知气体的响应条件时，把采集到的嗅觉信息存储为暂时的训练集数据并进入学习阶段，学习阶段在感知过程中可以多次被触发以感知样本数据库中不存在的多种未知气体的类型和分布情况，将新学习到的气体信息写入样本数据库以扩充数据库样本容量。

2.根据权利要求1所述的基于嗅觉的感知系统，其特征在于，所述气体传感器为半导体气体传感器和/或电化学式气体传感器；

所述风向风速传感器设置于智能体表面，用于感知外界的气体环境流动信息；

所述信号调理模块将所述嗅觉传感器采集的信号进行初步处理，减小环境因素对所述信号的影响；

所述信号采集模块将所述信号调理模块处理获得的信号进行模数转换获得信号值，发送至所述信号处理模块；

所述信号处理模块将所述信号值存储到内存中，按照不同的工作模式将所述信号值定时通过所述无线模块发送至所述中央处理模块或中断所述信号值的传输。

3.根据权利要求1所述的基于嗅觉的感知系统，其特征在于，所述感知学习模块使用状态机决定模块的工作模式，所述状态机包括基准状态、感知状态、待定状态、学习状态，所述基准状态、感知状态、待定状态为基于基准状态的判断，所述基准状态、感知状态、待定状态、学习状态之间可以相互转换。

4.根据权利要求3所述的基于嗅觉的感知系统，其特征在于，所述基准状态、感知状态、待定状态、学习状态之间的转换方式具体为：

1）基准状态对应于嗅觉传感器检测到基准气体的状态，如果在时间t1内持续检测到基准气体且未检测到除基准气体外其他气体，状态机的状态不发生改变，同时将根据环境中的基准气体的检测数值补偿传感器偏移；如果嗅觉传感器阵列检测到除基准气体外其他气体，即进入感知状态；

2）感知状态使用预先装载的模型识别气体类型、气体浓度、气体混合程度和气体分布信息；如果传感器阵列在时间t2内未检测到除基准气体外其他气体，则返回基准状态；如果始终检测到除基准气体外其他气体，并且检测的气体为已知气体即存在于样本数据库中的气体，即保持感知状态；如果检测到不存在于样本数据库中的气体，即进入待定状态；

3）待定状态为感知状态和学习状态中的中间状态，当在时间t3内检测到未知气体的次数低于设定阈值时，即由待定状态进入感知状态，当在时间t3内检测到未知气体的次数高于设定阈值时，即由待定状态进入学习状态；

4）学习状态将触发嗅觉感知模型的重新学习过程，学习过程结束后，即进入待定状态。