本文關(guān)鍵詞： 電子鼻 傳感器陣列 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模式識別　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)實(shí)生活中,口臭是經(jīng)常困擾人們的問題。口臭問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的正常工作和生活。隨著人們生活質(zhì)量的提高,口臭已經(jīng)引起越來越多的人關(guān)注。研究表明,口腔內(nèi)可揮發(fā)性硫化物是口臭的主要來源。獲知口腔內(nèi)可揮發(fā)性硫化物的種類和濃度,對明確的診斷及進(jìn)一步治療有重要的意義。因此,提出了基于金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器陣列、FPGA、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的面向口臭檢測的電子鼻系統(tǒng),這種系統(tǒng)可以用于輔助醫(yī)生診斷口臭病情。本文中使用硫化氫和甲基硫醇與空氣充分混合模擬口臭患者的呼氣,通過電子鼻系統(tǒng)對模擬的呼氣進(jìn)行定性和定量分析。首先,對典型的電子鼻系統(tǒng)進(jìn)行研究,一個(gè)典型的電子鼻系統(tǒng)一般包括三個(gè)部分:傳感器陣列,數(shù)字采集系統(tǒng)和模式識別算法。根據(jù)電子鼻的結(jié)構(gòu)及工作原理,設(shè)計(jì)了面向口臭檢測的電子鼻系統(tǒng)的系統(tǒng)框架及工作流程。系統(tǒng)包括氣體采集系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)。其次,氣體采集系統(tǒng)包括傳感器電路和數(shù)據(jù)采集電路兩個(gè)部分。傳感器陣列和小信號放大電路被組裝在一塊印刷電路板上構(gòu)成傳感器電路,被放置在玻璃容器內(nèi),在恒溫恒濕條件下對氣體進(jìn)行采樣。A/D轉(zhuǎn)換電路和通信電路構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集電路通過電纜與傳感器電路相連,完成數(shù)據(jù)采集。采用UART(universal asynchronous receiver/transmitter)實(shí)現(xiàn)RS232通信方式將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)。最后,對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理及硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。采用MATLAB上位機(jī)軟件,通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對來自氣體采集系統(tǒng)的傳感器陣列響應(yīng)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,分別建立氣體與種類和氣體與濃度之間的數(shù)學(xué)模型,然后通過這些模型和待測氣體的響應(yīng)信號,得到待測氣體的種類和濃度信息,與實(shí)際種類和濃度進(jìn)行對比,驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及可靠性。通過實(shí)驗(yàn)證明,采用氣體傳感器陣列和軟件模擬的模式識別算法的電子鼻系統(tǒng)能夠完成硫化氫和甲基硫醇的辨別以及硫化氫單一氣體的濃度檢測。綜上所述,本文研制的基于FPGA的面向口臭檢測的電子鼻系統(tǒng)在進(jìn)行單一氣體的定性定量檢測方面已經(jīng)證明有一定的可行性。電子鼻的實(shí)用化還需要更多的研究工作,具有很重要的研究意義和廣闊的發(fā)展前景。
[Abstract]:In real life, halitosis is a problem that often puzzles people. The problem of bad breath has seriously affected people's normal work and life. With the improvement of people's quality of life. Halitosis has attracted more and more attention. Studies have shown that volatile sulfides in oral cavity are the main source of halitosis. Therefore, an electronic nose system for halitosis detection based on metal oxide semiconductor sensor array FPGABP artificial neural network is proposed. This system can be used to assist doctors in the diagnosis of halitosis. In this paper, hydrogen sulfide and methyl mercaptan are used to fully mix with air to simulate the breath of a patient with bad breath. Through the electronic nose system to simulate the qualitative and quantitative analysis of breath. First of all, the typical electronic nose system is studied. A typical electronic nose system generally consists of three parts: sensor array. Digital acquisition system and pattern recognition algorithm. According to the structure and working principle of electronic nose. The system framework and workflow of the electronic nose system for halitosis detection are designed. The system includes gas acquisition system and pattern recognition system. Secondly. The gas acquisition system includes two parts: the sensor circuit and the data acquisition circuit. The sensor array and the small signal amplifier circuit are assembled on a printed circuit board to form a sensor circuit and placed in a glass container. Under the condition of constant temperature and humidity, the data acquisition circuit composed of sampling. A- / D conversion circuit and communication circuit is connected with the sensor circuit through the cable. Complete data acquisition using UART(universal asynchronous receiver / transmitter). RS232 communication mode will be implemented to transmit data to the host computer. Finally. The working principle and hardware realization of BP neural network are studied. MATLAB software is used. The data of sensor array response signal from gas acquisition system are processed by BP neural network algorithm, and the mathematical models between gas and category and gas and concentration are established respectively. Then, through these models and the response signals of the gas to be tested, the information of the kind and concentration of the gas to be tested is obtained, and compared with the actual type and concentration, the accuracy and reliability of the system are verified. The electronic nose system using gas sensor array and pattern recognition algorithm simulated by software can distinguish hydrogen sulfide from methyl mercaptan and detect the concentration of single gas of hydrogen sulfide. The electronic nose system based on FPGA for halitosis detection has been proved to be feasible in the qualitative and quantitative detection of single gas. More research work is needed for the practicality of electronic nose. It has very important research significance and broad development prospect.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R781.9;TP212

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本文編號：1477774