基于USB接口的便携式电子鼻系统

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技术领域\n本发明涉及的是农作物病虫害和农产品品质的检测仪器，具体涉及一种基于USB接口的便携式电子鼻系统。\n背景技术\n农作物的不同成熟期、作物病虫害的不同发展期、食品的不同储藏期等都有不同挥发物产生，且这些挥发物足以让气敏传感器有明显的响应，使电子鼻能够检测并进行区分识别。另一方面一般食品的香气质量是靠人的嗅觉感受评定的，感官评定主要依赖人的生理何心理条件，评定结果的准确性往往难以保证，随着传感器技术和微型计算机的发展，电子鼻作为检测工具，前景十分广阔，但目前所用电子鼻功能单一，体积庞大不便携带，尤其无法带到田间进行气味采集。\n发明内容\n本发明的目的是提供价格低、体积小、便于携带的一种基于USB接口的便携式电子鼻系统。\n为了能达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：\n它包括气味采集控制系统、信号调理单元、数据采集系统、计算机、两个电磁阀和气泵；气味采集控制系统经信号调理单元接数据采集系统，数据采集系统分别与计算机、第一电磁阀、第二电磁阀和气泵连接。\n所述的气味采集控制系统中：\n气敏传感器阵列分别由八只不同的气敏传感器组成，并封装在传感器反应室内，传感器反应室与气泵相连，气泵通过三通分别与第一电磁阀和第二电磁阀相连，第一电磁阀另一端通入样品容器，第二电磁阀另一端接载气容器；\n气敏传感器阵列：包括八只不同的气敏传感器，第一气敏传感器的1、3脚相连后接电源E2正极，第一气敏传感器的4、6脚相连后通过电阻RQ1接电源E2负极，第一气敏传感器的2脚接电源E1正极，第一气敏传感器的5脚接电源E1负极，电容CQ1与电阻RQ1并接，第一气敏传感器的4脚接相应信号条理电路输入端IN1，另外七只气敏传感器的连接方式与第一气敏传感器完全相同。\n所述的信号调理单元中：第一路的第一个输入端IN1接相应集成运算放大器OP1的同向输入端，第一电阻R1与第五电阻Rt并接后第一端接电源E2正极，第二端接第二电阻R2，第二电阻R2的第二端通过第三电阻R3接电源E2负极，集成运算放大器OP1的反向输入端分别与第二电阻R2的第二端和第四电阻R4的第一端相连，第四电阻R4的第二端与集成运算放大器OP1的输出端相接，电容C1一端与集成运算放大器OP1的输出端相接，另一端接电源E2负极，集成运算放大器OP1的输出端再与数据采集系统的第一个输入端Ai1相连，其他七路信号调理单元的连接方式与第一路完全相同。\n所述的数据采集系统中：数据采集卡的八个输入端Ai1～Ai8分别与信号调理单元内的八个集成运算放大器的输出端相连，数据采集卡的USB接口与计算机的USB接口相接，数据采集卡的第一输出端AO1通过第六电阻RT1接第一个三极管基极，第一个三极管集电极接第一继电器，第一继电器另一端与第一电磁阀相连后接电源VCC，第一电磁阀另一端经第一继电器的常开触点与第一个三极管发射极相连后接地；数据采集卡的第二输出端AO2通过第二电阻RT2接第七个三极管基极，第二个三极管集电极接第二继电器，第二继电器另一端与第二电磁阀相连后接电源VCC，第二电磁阀另一端经第二继电器的常开触点与第二个三极管发射极相连后接地；数据采集卡的第三输出端AO3通过第八电阻RT3接第三个三极管基极，第三个三极管集电极接第三继电器，第三继电器另一端与气泵相连后接电源VCC，气泵另一端经第三继电器的常开触点与第三个三极管发射极相连后接地。\n本发明具有的有益的效果是：\n整个气味采集由计算机自动控制，将样品置于密闭容器后，待顶部空气达到平衡，计算机控制数据采集卡打开气泵，先把气路切换到气味采集状态将容器内的顶空气体传入传感器阵列反应室内，通过气敏传感器阵列将气味转换为电信号由数据采集卡传给计算机进行分析处理，采集时间过后再将气路切换到清洗状态，吸入载气将吸附在气敏传感器阵列上的气味分子除掉以便下次采集。本发明具有可重复开发能力，只要更换一个或几个传感器即可组成新的传感器阵列，针对新的应用重新建立数学模型，方便地对不同气味进行采集分析。\n附图说明\n图1是本发明的结构框图；\n图2本发明传感器阵列连接的线路原理图；\n图3信号调理线路原理图；\n图4数据采集系统线路原理图\n具体实施方式\n如图1所示，它包括气味采集控制系统U1、信号调理单元U2、数据采集系统U3、计算机U4、两个电磁阀F1、F2和气泵B；气味采集控制系统U1经信号调理单元U2接数据采集系统U3，数据采集系统U3分别与计算机U4、第一电磁阀F1、第二电磁阀F2和气泵B连接。\n如图1所示，所述的气味采集控制系统U1中：\n气敏传感器阵列QZ分别由八只不同的气敏传感器组成，并封装在传感器反应室H内，传感器反应室H与气泵B相连，气泵B通过三通T分别与第一电磁阀F1和第二电磁阀F2相连，第一电磁阀F1另一端通入样品容器，第二电磁阀F2另一端接载气容器；\n如图2所示，气敏传感器阵列QZ：包括八只不同的气敏传感器Q1～Q8，第一气敏传感器Q1的1、3脚相连后接电源E2正极，第一气敏传感器Q1的4、6脚相连后通过电阻RQ1接电源E2负极，第一气敏传感器Q1的2脚接电源E1正极，第一气敏传感器Q1的5脚接电源E1负极，电容CQ1与电阻RQ1并接，第一气敏传感器Q1的4脚接相应信号条理电路输入端IN1，另外七只气敏传感器的连接方式与第一气敏传感器Q1完全相同。\n如图3所示，所述的信号调理单元U2中：第一路的第一个输入端IN1接相应集成运算放大器OP1的同向输入端，第一电阻R1与第五电阻Rt并接后第一端接电源E2正极，第二端接第二电阻R2，第二电阻R2的第二端通过第三电阻R3接电源E2负极，集成运算放大器OP1的反向输入端分别与第二电阻R2的第二端和第四电阻R4的第一端相连，第四电阻R4的第二端与集成运算放大器OP1的输出端相接，电容C1一端与集成运算放大器OP1的输出端相接，另一端接电源E2负极，集成运算放大器OP1的输出端再与数据采集系统U3的第一个输入端Ai1相连，其他七路信号调理单元的连接方式与第一路完全相同。\n如图4所示，所述的数据采集系统U3中：数据采集卡K1的八个输入端Ai1～Ai8分别与信号调理单元U2内的八个集成运算放大器的输出端相连，数据采集卡K1的USB接口与计算机U4的USB接口相接，数据采集卡K1的第一输出端AO1通过第六电阻RT1接第一个三极管T1基极，第一个三极管T1集电极接第一继电器J1，第一继电器J1另一端与第一电磁阀F1相连后接电源VCC，第一电磁阀F1另一端经第一继电器J1的常开触点与第一个三极管T1发射极相连后接地；数据采集卡K1的第二输出端AO2通过第七电阻RT2接第二个三极管T2基极，第二个三极管T2集电极接第二继电器J2，第二继电器J2另一端与第二电磁阀F2相连后接电源VCC，第二电磁阀F2另一端经第二继电器J2的常开触点与第二个三极管T2发射极相连后接地；数据采集卡K1的第三输出端AO3通过第八电阻RT3接第三个三极管T3基极，第三个三极管T3集电极接第三继电器J3，第三继电器J3另一端与气泵B相连后接电源VCC，气泵B另一端经第三继电器J3的常开触点与第三个三极管T3发射极相连后接地。\n系统工作时，计算机U4通过数据采集卡K1控制气泵B和第一电磁阀F1将气体抽入传感器反应室H内，由于不同的气敏传感器对不同气味的敏感性不同，使其输出电压也不同，由八只气敏传感器组成的传感器阵列QZ经信号调理单元U2处理后会产生八个不同的输出电压，这些电压再由数据采集卡K1采到计算机U4内形成一种气味信息指纹图，一种气味对应一种信息指纹图，计算机U4经“训练”后将各种气味的信息指纹图组成数据库，由此判断出抽入传感器反应室H内的是何种气味，最后计算机U4通过数据采集卡K1控制气泵B和第二电磁阀F2将载气抽入传感器反应室H内，将吸附在气敏传感器阵列上的气味分子除掉以便下次采集。\n本发明包括气味采集控制系统U1、信号调理单元U2、数据采集系统U3、计算机U4，其中：采集控制系统U1中的气敏传感器阵列可选用MQ-3、TGS822、MQ-7、TGS800、TGS824、TGS813、TGS880、TGS825传感器组成，将传感器阵列均匀分布在传感器反应室H里，传感器反应室H由密闭容器组成，气泵采用5伏微型气泵，电磁阀采用5伏气体电磁阀，信号调理单元U2中的集成运算放大器可选用高增益低噪音放大器，数据采集系统U3中数据采集卡选用NI公司USB2006型数据采集卡，计算机U4可选用笔记本电脑。