[发明专利]一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统

权利要求书

1.一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，包括数据收集模块、数据传输模块以及数据展示模块，其特征在于，所述数据收集模块包括传感器阵列模块和STC嵌入式单片机；

所述传感器阵列模块包括了传感器以及印刷电路板，传感器包括湿度传感器、乙醇气体传感器、甲烷气体传感器以及VocsMEMS传感器；

所述印刷电路板包括贴片电阻、可调电位器以及排针，湿度传感器、乙醇气体传感器、甲烷气体传感器以及VocsMEMS传感器均匀排布在印刷电路板上；

所述湿度传感器、乙醇气体传感器、甲烷气体传感器以及VocsMEMS传感器的各个接头所对应的信号线与STC嵌入式单片机的采集引脚相连接；

所述数据传输模块包括独立电源、51单片机、主蓝牙以及从蓝牙；

所述数据展示模块包括PC端、数据集导入模块以及可视化界面Web端。

2.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：

所述湿度传感器配置用于环境湿度数据的检测；

所述乙醇气体传感器配置用于环境乙醇含量的检测；

所述甲烷气体传感器配置用于环境甲烷含量的检测；

所述VocsMEMS传感器配置用于环境VOC气体的检测，环境空气中有被检测的VOC气体存在时，VocsMEMS传感器的电导率发生正相关的变化，其中，该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高，通过与串联的电阻进行分压，输出正相关浓度大小的电压信号，通过C程序编程和硬件模块的组装配置用于模数信号的采样、数据预处理、数据存储以及数据发送。

3.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：

所述独立电源配置用于系统的供电；

所述51单片机配置用于数据传输过程中的数据处理；

所述主蓝牙以及从蓝牙配置用于数据的传输。

4.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：所述主蓝牙以及从蓝牙通过串口连接有通讯模块HC-05，所述通讯模块HC-05的最大传输速率为2Mbps。

5.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：所述印刷电路板中将STC单片机与主蓝牙以及从蓝牙的引脚进行硬连接，接通数据引脚，同时依靠嵌入式单片机的电源为其供电。

6.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：所述数据展示模块的展示过程为：

S1、首先利用Z-score标准化方法，将不同传感器的信号数据转化为同一量度的分值进行比较，基于Python搭建三阶巴特沃斯滤波器去除干扰信号和异常；

S2、之后特征提取和降维部分，通过PCA主成分分析法进行降维处理能够有效地进行信号特征的提取，得到数据主成分；

S3、随后将数据的主成分权值计算出的信息作为该样本的坐标、不同主成分线性组合得到的PC作为坐标轴进行图像绘制得到可视化数据，在从图像中能够明显探究出不同种类液体的分布存在的规律，借助该规律进行样本特征的提取，且在特征分类上基于传感器阵列模块利用多目标识别算法进行数据融合和处理，将数值模拟和人工神经网络相结合，达到对不同气体的精准分类和识别，最终将数据集在Web端为用户进行可视化呈现。

7.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：所述数据收集模块的收集过程具体为：将样本气体与传感器阵列模块接触后输出电压信号，经由嵌入式单片机在引脚处采集信号将模拟信号转换为该采样率下的数字信号，交由通讯模块HC-05进行传输到性能较强的通用计算机作为客户端进行数据分析部分的工作。

8.根据权利要求1所述的一种用于多种挥发性有机物检测的电子鼻系统，其特征在于：所述数据传输模块的传输过程具体为：主蓝牙对从蓝牙发起呼叫，统一地址和配对密码后与其进行通讯连接，将传感器阵列模块和从蓝牙与单片机的引脚相连，传感器数据收集与主蓝牙以及从蓝牙组合的无线数据传输模块以51单片机为主控芯片，以独立电源驱动，主蓝牙利用USB接口与PC端相连，主蓝牙对从蓝牙发送命令指令并收集其反馈的信息，气体信号经过传感器、信号调理电路、数模转换电路后由从蓝牙发送至与PC端相连的主蓝牙，将传感器阵列模块采集的数据发送至PC端。