本發(fā)明涉及一種伏安型電子舌檢測(cè)系統(tǒng)和方法，尤其是一種嵌入式電子舌檢測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

食品在腐敗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生堿性含氮物質(zhì)，且隨著腐敗程度的加劇濃度越來(lái)越高，金屬傳感器對(duì)堿性含氮物質(zhì)具有較高的敏感性。

電子舌是一種快速檢測(cè)味覺(jué)品質(zhì)的新技術(shù)，是一種利用選擇性、非特異性、交叉敏感的多傳感器陣列模擬人類味覺(jué)對(duì)液體樣品各種性質(zhì)分析檢測(cè)的新型儀器能夠以類似人的味覺(jué)感受方式感受出味覺(jué)物質(zhì)，可以對(duì)樣本進(jìn)行量化，同時(shí)可以對(duì)一些成分含量進(jìn)行測(cè)量，具有高靈敏度、可靠性、重復(fù)性?，F(xiàn)在的電子舌系統(tǒng)大多基于pc平臺(tái),但由于肉品的檢測(cè)地點(diǎn)不固定，基于桌面計(jì)算機(jī)的電子舌系統(tǒng)體積大，重量重，成本高,不易攜帶的缺點(diǎn)限制了它在肉品品質(zhì)檢測(cè)中的靈活使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服電子舌體積大，使用不靈活的缺點(diǎn)。本發(fā)明公布了一種嵌入式伏安電子舌檢測(cè)系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)了便攜、靈活的電子舌監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種嵌入式伏安型電子舌檢測(cè)系統(tǒng)，它包括采集容器、接口電路、嵌入式系統(tǒng)和電源裝置。

采集容器用于液體樣本的放置與采集系統(tǒng)，內(nèi)置放大倍數(shù)開(kāi)關(guān)與傳感器陣列。其中放大倍數(shù)開(kāi)關(guān)設(shè)有三檔：放大電阻分別為r1(1k)、r2(10k)、r3(100k)。傳感器陣列包括工作電極、輔助電極和參考電極，參考電極位于各電極中間。

所述工作電極為銅、金、鈀、鎢、鈦、鎳、鉛及用氧化石墨烯修飾過(guò)的玻碳電極。使用氧化石墨烯修飾過(guò)的玻碳電極后，使電極增加了修飾電極的新特性及檢測(cè)靈敏度。

所述的參考電極為銀氯化銀電極。輔助電極為鉑電極。

傳感器陣列能夠檢測(cè)食品腐敗過(guò)程中所產(chǎn)生的含氮堿性物質(zhì)。

傳感器陣列封裝在采集裝置中與接口電路相連，傳感器陣列將電壓信號(hào)傳給接口電路。

接口電路包括三電極體系電路、脈沖發(fā)生電路、信號(hào)放大電路、測(cè)溫電路。

接口電路模仿uart通信協(xié)議，用i/o接口模擬的方式實(shí)現(xiàn)并行通信。通過(guò)對(duì)傳感器響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波以及模數(shù)轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號(hào)。

接口電路與微處理器相連，并將數(shù)字信號(hào)傳給嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)包括：硬件部分、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。硬件部分為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件提供運(yùn)行環(huán)境，以及一些必要的存儲(chǔ)、通信等設(shè)備；操作系統(tǒng)用來(lái)管理內(nèi)存，調(diào)度任務(wù)，控制硬件部分的工作，為應(yīng)用軟件的運(yùn)行提供軟件環(huán)境；應(yīng)用軟件為用戶提供操作界面，控制嵌入式系統(tǒng)的工作。

嵌入式系統(tǒng)主要處理從接口電路傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，給出模式識(shí)別的結(jié)果。嵌入式系統(tǒng)通過(guò)串口通信與pc機(jī)進(jìn)行通信。

電源裝置為所有單元提供供電。電源裝置為所有單元提供供電。電源裝置可以為系統(tǒng)提供三種供電方式，當(dāng)有電插座時(shí)，通過(guò)變壓器將電插座交流電轉(zhuǎn)成直流電工作。當(dāng)無(wú)插座時(shí)，使用電池組直接供電。當(dāng)在有光照的情況下，使用太陽(yáng)能電池供電。

系統(tǒng)能夠嵌入到其他系統(tǒng)或便攜裝置中，提高了系統(tǒng)使用的靈活性。

嵌入式系統(tǒng)有64m的ddrsdram和64m的flash，以及jtag口、usb口、串口、i/o口、sd卡、觸摸屏等設(shè)備。

一種嵌入式伏安電子舌檢測(cè)方法，所述方法包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、串口通信和模式識(shí)別。

數(shù)據(jù)采集，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中,同時(shí)以數(shù)字和圖形的形式顯示給用戶。包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)子過(guò)程。

數(shù)據(jù)預(yù)處理，為了消除外界干擾造成的噪聲,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換、小波變換、中值等濾波方法。

特征提取，為了便于模型訓(xùn)練提取數(shù)據(jù)的相關(guān)特征。提取的是響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)曲線的最大值、最小值、平均值、半寬值、最大斜率、積分值和極差等7個(gè)特征。

模式識(shí)別，采用主成分分析、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別。

將傳感器的特征值作為輸入經(jīng)主成分降維,經(jīng)主成分降維處理，并將樣本的第一主成分、第二主成分、第三主成分以三維圖像的形式展示給用戶。根據(jù)貢獻(xiàn)率確定維數(shù),將降維后的特征值作為bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層的值，對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別。此外增加了線性回歸，偏最小二乘法等分類方法。

所述嵌嵌入式伏安電子舌檢測(cè)方法，由于建模需要大量的運(yùn)算，模式識(shí)別算法的建模過(guò)程都是在pc機(jī)上完成的。嵌入式系統(tǒng)只能將采集的信號(hào)文件存放于移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中。當(dāng)建模需要樣本時(shí)將文件復(fù)制到pc機(jī)中進(jìn)行建模，再將建好的模型復(fù)制到嵌入式電子舌中，用于新樣本的檢測(cè)識(shí)別。

所述嵌入式伏安電子舌檢測(cè)方法，其特征在于：所述模式識(shí)別，可以將采集的數(shù)據(jù)傳送到pc機(jī)上進(jìn)行識(shí)別,也可以將模型傳送到嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行樣本識(shí)別。

本發(fā)明將系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件依賴性低、軟件固態(tài)化程度高的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到電子舌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。嵌入式電子舌體積小、重量輕、使用方便，不受地點(diǎn)限制，可以作為先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明利用傳感器陣列將液體樣本做出響應(yīng)并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)接口電路的信號(hào)放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)變形成數(shù)字信號(hào)傳給嵌入式系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、串口通信和模式識(shí)別。并將識(shí)別的結(jié)果通過(guò)觸摸屏顯示反饋給用戶。附圖1示出了本發(fā)明嵌入式伏安電子舌檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以下就本發(fā)明作具體的說(shuō)明。

肉食品等在腐敗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生堿性含氮物質(zhì)且隨著腐敗程度的加劇濃度越來(lái)越高，金屬傳感器能夠很好的對(duì)這些物質(zhì)進(jìn)行感應(yīng)，尤其是使用石墨烯修飾玻碳電極后，使玻碳電極具備了石墨烯的優(yōu)良性質(zhì)可以更好的對(duì)物質(zhì)進(jìn)行感應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子舌檢測(cè)。

本發(fā)明以微處理器為核心建立了一套嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)有64m的ddrsdram和64m的flash，以及jtag口、usb口、串口、i/o口、sd卡、觸摸屏等設(shè)備。一套集成的嵌入式電子舌裝置由采集容器、傳感器陣列、接口電路、嵌入式系統(tǒng)和電源六部分組成。嵌入式電子舌體積小、重量輕、使用方便。

為獲得被檢測(cè)物質(zhì)的類別或質(zhì)量信息，嵌入式電子舌系統(tǒng)的各部分需要協(xié)同工作。以下為它的基本工作過(guò)程：

(1)將待測(cè)樣本與蒸餾水配比好后放置于采集容器中，將傳感器插入其中；

(2)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)和信號(hào)發(fā)生器設(shè)置好參數(shù)，調(diào)好放大倍數(shù)開(kāi)關(guān)。

(3)采集樣本數(shù)據(jù)，第一次采集時(shí)，為保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，多采集幾次，待穩(wěn)定后開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，一次讀取的過(guò)程是先將電壓信號(hào)做放大、濾波處理，然后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后送入嵌入式系統(tǒng)儲(chǔ)存；

(4)將實(shí)驗(yàn)對(duì)象的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、歸一化、特征提取和主成分降維處理，并將樣本的第一主成分、第二主成分、第三主成分以三維圖像的形式展示給用戶；

(5)根據(jù)貢獻(xiàn)率，選取合適數(shù)量的主成分進(jìn)行模式識(shí)別，并在觸摸屏顯示結(jié)果。

(6)嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)串口與pc機(jī)進(jìn)行通信，采集數(shù)據(jù)后，復(fù)雜的建模過(guò)程可由pc機(jī)完成，再將建立的模型輸入到嵌入式系統(tǒng)方便對(duì)新樣本進(jìn)行識(shí)別。

上面所述的實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。