本實用新型涉及一種基于電子鼻系統(tǒng)對豬肉新鮮度檢測的簡易實驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，隨著動物及食品科學(xué)的發(fā)展，評價豬肉的方式不斷改進(jìn)，特別是對豬肉新鮮度是對其衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的綜合評價，它可反應(yīng)產(chǎn)品的營養(yǎng)性，安全性，還是體現(xiàn)豬肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，長期以來對于豬肉等食品品質(zhì)評價主要通過專家感官評測和化學(xué)評測兩種方法。其中，感官評測的主觀性強，存在較大個體差異，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，重復(fù)性差，并且人的感官對食品氣味具有適應(yīng)性，容易出現(xiàn)疲勞影響評價結(jié)果；另一種化學(xué)評測方法，如氣相色譜質(zhì)譜分析儀(GC-MS)、試紙法等，測量過程中需要制備和處理樣品，對檢測人員的專業(yè)水準(zhǔn)有較高的要求，而且化學(xué)檢測方法又有檢測周期較長、儀器成本高等局限性，因此難以推廣。

進(jìn)一步地說，隨著科技的發(fā)展，電子鼻系統(tǒng)的出現(xiàn)從根本上克服了以上缺點，與傳統(tǒng)的氣體成分分析方法相比，它具有體積小、功耗低、可靠性高、價格低廉、可以實現(xiàn)在線測量、可以實現(xiàn)便攜式設(shè)計等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控、化學(xué)工業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、食品質(zhì)量檢測等領(lǐng)域，電子鼻又稱人工嗅覺分析系統(tǒng)，是由傳感系統(tǒng)和自動化模式識別系統(tǒng)組成的針對各種氣味進(jìn)行識別的人工智能系統(tǒng)，其工作原理類似于人的鼻子，故稱之為“電子鼻”，其與普通的化學(xué)儀器分析不同，通過電子鼻系統(tǒng)分析得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果，而是獲得樣品中揮發(fā)性成分的整體信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種利用該電子鼻系統(tǒng)可以對豬肉樣品氣味檢測，具有識別新鮮度功能的基于電子鼻系統(tǒng)對豬肉新鮮度檢測的簡易實驗系統(tǒng)。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于電子鼻系統(tǒng)對豬肉新鮮度檢測的簡易實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣體采集裝置和控制裝置，所述控制系統(tǒng)控制氣體采集裝置；

所述氣體采集裝置包括加熱裝置和罩體，所述加熱裝置設(shè)有顯示屏，調(diào)溫旋鈕和電源接孔，其內(nèi)部設(shè)有調(diào)溫加熱系統(tǒng)，所述調(diào)溫加熱系統(tǒng)包括微處理器，溫控模塊和電源模塊，所述微處理器分別連接溫控模塊，顯示屏和調(diào)溫旋鈕，所述調(diào)溫旋鈕連接電源模塊，所述電源模塊連接電源接孔，所述加熱裝置上設(shè)有加熱平臺，所述加熱平臺內(nèi)布置了電熱元件，所述電熱元件連接溫控模塊，所述罩體頂端設(shè)有插入口，所述插入口內(nèi)插入了安裝了電纜的連接管，所述連接管端安裝了氣體傳感器陣列；

所述控制裝置通過連接管連接氣體傳感器陣列，所述控制器設(shè)有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊，電源，信號調(diào)理模塊組，信號放大模塊組，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組,無線通信模塊和微處理器，所述電源包括傳感器電源和控制電源，所述氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊分別連接傳感器電源和氣體傳感器陣列，所述氣體傳感器陣列還連接信號調(diào)理模塊組，所述信號調(diào)理模塊組連接信號放大模塊組，所述信號放大模塊組連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組連接微處理器，所述微處理器分別連接無線通信模塊和控制電源。

優(yōu)選的，所述調(diào)溫旋鈕具有調(diào)溫和開關(guān)功能，其設(shè)在加熱裝置的右側(cè)，所述電源接孔設(shè)在加熱裝置的左側(cè)。

優(yōu)選的，所述氣體傳感器陣列包括六種費加羅金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器，其分別為型號TGS2610、TGS2600、TGS2620、TGS2602、TGS2201和TGS2611構(gòu)成氣體傳感器陣列。

優(yōu)選的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組采用的型號為AD7794。

優(yōu)選的，所述微處理器采用的型號為STM32F103ZE,實現(xiàn)對氣體傳感器陣列的控制和數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選的，所述無線通信模塊選用WIFI，GSM和藍(lán)牙中的一種。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括上位機(jī)，所述上位機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線通信模塊相通信，用于將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。

本實用新型的有益技術(shù)效果：本實用新型采用分立式氣體傳感器陣列，在實驗中，通過對放置在加熱裝置上放置需檢測的豬肉樣品，通過調(diào)溫加熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度，由此對豬肉樣品進(jìn)行氣體成分檢測，獲得“氣體指紋信息”，并且由微處理器連接無線無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，由此建立“氣味指紋數(shù)據(jù)庫”，實現(xiàn)了準(zhǔn)確區(qū)分，采用6種費加羅金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器陣列可對被測食物進(jìn)行無損檢測的電子鼻系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用該電子鼻系統(tǒng)可以對豬肉樣品氣味檢測，并且與上位機(jī)設(shè)有的氣味數(shù)據(jù)庫對比，實現(xiàn)了對豬肉氣味識別新鮮度的功能。

附圖說明

圖1是本實用新型基于電子鼻系統(tǒng)對豬肉新鮮度檢測的簡易實驗系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。

圖2是本實用新型氣體采集裝置的構(gòu)造圖。

圖3是本實用新型調(diào)溫加熱系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。

圖中：氣體采集裝置1，加熱裝置2，顯示屏21，調(diào)溫旋鈕22，電源接孔23，調(diào)溫加熱系統(tǒng)3，微處理器31，溫控模塊32，電源模塊33，加熱平臺4，電熱元件41，罩體5，插入口51，氣體傳感器陣列6，連接管61，電纜611，控制裝置7，控制系統(tǒng)70，氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊71，電源72，傳感器電源721，控制電源722，信號調(diào)理模塊組73，信號放大模塊組74，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組75,無線通信模塊76，微處理器77，上位機(jī)8，豬肉樣品9。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。

如圖1至圖3所示，一種基于電子鼻系統(tǒng)對豬肉新鮮度檢測的簡易實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣體采集裝置1和控制裝置7，所述控制裝置7控制氣體采集裝置1；

所述氣體采集裝置7包括加熱裝置2和罩體5，罩體可采用玻璃罩體，所述加熱裝置2設(shè)有顯示屏21，調(diào)溫旋鈕22和電源接孔23，顯示屏用于顯示調(diào)節(jié)溫度和調(diào)節(jié)后的溫度，調(diào)溫旋鈕可調(diào)節(jié)溫度，其順時針旋轉(zhuǎn)為打開和加溫，逆時針旋轉(zhuǎn)為降溫和關(guān)閉，其內(nèi)部設(shè)有調(diào)溫加熱系統(tǒng)，所述調(diào)溫加熱系統(tǒng)3包括微處理器31，溫控模塊32和電源模塊33，所述微處理器31分別連接溫控模塊32，顯示屏21和調(diào)溫旋鈕22，通過控制器連接溫控模塊，可對溫控模塊調(diào)節(jié)后，由溫控模塊調(diào)節(jié)電熱元件的溫度，所述調(diào)溫旋鈕22連接電源模塊33，所述電源模塊33連接電源接孔23，所述加熱裝置上設(shè)有加熱平臺4，加熱平臺上可放置檢測的豬肉樣品9，所述加熱平臺4內(nèi)布置了電熱元件41，電熱元件可采用加熱絲，電熱棒或電加熱圈，所述電熱元件41連接溫控模塊32，所述罩體5頂端設(shè)有插入口51，所述插入口51內(nèi)插入了安裝了電纜611的連接管61，所述連接管61上安裝了氣體傳感器陣列6；氣體傳感器陣列置于氣體采集裝置內(nèi)部,可對加熱后的豬肉樣品發(fā)出的被測敏感氣體進(jìn)行探測。

所述控制裝置7通過連接管61連接氣體傳感器陣列6，所述控制裝置7設(shè)有控制系統(tǒng)70，所述控制系統(tǒng)70包括氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊71，電源72，信號調(diào)理模塊組73，信號放大模塊組74，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組75,無線通信模塊76和微處理器77，所述電源72包括傳感器電源721和控制電源722，所述氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊71分別連接傳感器電源和氣體傳感器陣列6，所述氣體傳感器陣列6還連接信號調(diào)理模塊組73，所述信號調(diào)理模塊組73連接信號放大模塊組74，所述信號放大模塊組74連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組75，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組75連接微處理器77，氣體傳感器陣列驅(qū)動模塊通過電纜與氣體傳感器陣列相連，向氣體傳感器陣列提供驅(qū)動電流，并使它們工作在預(yù)置狀態(tài)。氣體采集裝置用來為氣體檢測提供一個穩(wěn)定的實驗環(huán)境。環(huán)境條件的改變可由控制裝置對氣體采集裝置的控制得以實現(xiàn)。上述控制系統(tǒng)是以電子鼻形式來檢測，其仿照人類的嗅覺系統(tǒng)設(shè)計而成，所以其原理上和人體嗅覺系統(tǒng)十分相似，按照人的嗅覺形成過程，電子鼻對氣味的分析識別包含三個部分：(1)氣味分子被人工嗅覺系統(tǒng)中的氣體傳感器陣列吸附，產(chǎn)生信號；(2)生成的信號經(jīng)加工處理與傳輸；(3)將處理后的信號經(jīng)模式識別系統(tǒng)做出判斷；所述微處理器77分別連接無線通信模塊73和控制電源721?？刂葡到y(tǒng)由氣體傳感器陣列連接信號調(diào)理模塊組根據(jù)各氣體傳感器的氣敏特性存在差異性，可設(shè)置針對不同參數(shù)特性量級的信號調(diào)理模塊組。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將氣體傳感器陣列信號調(diào)理模塊組輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為微處理器所需的數(shù)字量。同時，為了對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，控制系統(tǒng)采用32位微處理器STM32F103ZE作為核心控制器，可以對各信號調(diào)理模塊組通道進(jìn)行切換和模數(shù)轉(zhuǎn)換器控制。

所述調(diào)溫旋鈕22具有調(diào)溫和開關(guān)功能，其設(shè)在加熱裝置2的右側(cè)，所述電源接孔23設(shè)在加熱裝置2的左側(cè)，方便操作。

所述氣體傳感器陣列6包括6種性能優(yōu)良的費加羅金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器，其分別為型號TGS2610、TGS2600、TGS2620、TGS2602、TGS2201和TGS2611構(gòu)成氣體傳感器陣列。氣體傳感器陣列為氣體傳感器，其作為獲取樣品特征信息的源頭，是硬件系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)食物品質(zhì)評價的需求，由于各氣體傳感器的氣敏特性(內(nèi)阻)存在差異性，氣體傳感器陣列信號調(diào)理模塊組針對不同量級(1kΩ、15kΩ、27kΩ)的傳感器內(nèi)阻，設(shè)計出相應(yīng)的配套傳感器驅(qū)動模塊，并且可以根據(jù)實際情況由微處理器對各通路進(jìn)行切換。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組75采用的型號為AD7794。

所述微處理器77采用的型號為STM32F103ZE,實現(xiàn)對氣體傳感器陣列的控制和數(shù)據(jù)采集。

所述無線通信模塊76選用WIFI，GSM，藍(lán)牙中的一種，其可通過無線網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，傳輸數(shù)據(jù)。

所述系統(tǒng)還包括上位機(jī)8，所述上位機(jī)8通過無線網(wǎng)絡(luò)與無線通信模塊76相通信，用于將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，在上位機(jī)內(nèi)具有各種不同新鮮度氣味數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。測試過程中，控制系統(tǒng)通過無線通信方式將數(shù)據(jù)實時上傳至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，最終將氣體檢測結(jié)果呈現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)了對該檢測豬肉樣品的新鮮度的明確化。

基于上述技術(shù)方案，本實用新型的工作原理在于：氣體傳感器陣列均置于罩體內(nèi)，罩體內(nèi)形成氣室，通過加熱裝置對放置在加熱塊上的被檢測豬肉樣品進(jìn)行加熱控制，由此散發(fā)出被測氣體，由于被測氣體與傳感器接觸后，其表面電導(dǎo)率會發(fā)生變化，通過信號調(diào)理模塊組將半導(dǎo)體傳感器輸出信號調(diào)整，經(jīng)過處理的信號由信號放大模塊組，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組進(jìn)行量化，將信號最終傳輸給微處理器控制，由于半導(dǎo)體傳感器的性能受其工作環(huán)境溫度的影響，實驗中，利用加熱的方式保證測試環(huán)境溫度恒定，減小溫度因素對傳感器特性的影響，同時促進(jìn)樣品氣體的充分揮發(fā)，最終，通過微處理器處理數(shù)據(jù)，并且將該處理數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由于上位機(jī)內(nèi)設(shè)有豬肉各種氣味及其相應(yīng)的新鮮度的數(shù)據(jù)，由此對數(shù)據(jù)分析和剖析，實現(xiàn)對該豬肉樣品新鮮度的明確化。

本實用新型采用分立式氣體傳感器陣列，在實驗中，通過對放置在加熱裝置上放置需檢測的豬肉樣品，通過調(diào)溫加熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度，由此對豬肉樣品進(jìn)行氣體成分檢測，獲得“氣體指紋信息”，并且由微處理器連接無線無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，由此建立“氣味指紋數(shù)據(jù)庫”，實現(xiàn)了準(zhǔn)確區(qū)分，采用6種費加羅金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器陣列可對被測食物進(jìn)行無損檢測的電子鼻系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用該電子鼻系統(tǒng)可以對豬肉樣品氣味檢測，并且與上位機(jī)設(shè)有的氣味數(shù)據(jù)庫對比，實現(xiàn)了對豬肉氣味識別新鮮度的功能。

需要指出的是，上述較佳實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。