本發(fā)明設(shè)計電子鼻的領(lǐng)域，尤其涉及了一種便攜性茶香檢測電子鼻系統(tǒng)及其檢測方法，可使用本發(fā)明電子鼻采集茶葉香氣以辨別茶葉的種類和品質(zhì)。

背景技術(shù)：

作為評價茶葉種類以及等級的重要因子之一的茶葉香氣一般是通過人為的感官評審進行的，然而感官評價的準確性、重復性經(jīng)常會受到評茶師個人心理、生理與經(jīng)驗等因素的影響，所以很難使評審的結(jié)果變得科學化和規(guī)范化。

電子鼻相結(jié)構(gòu)簡單、前處理方便、高敏感度、重復性良好、能夠?qū)悠愤M行快速定性和定量分析等優(yōu)點，目前國內(nèi)外市面上商業(yè)化的電子鼻有可以用于檢測多種檢測場合，這些電子鼻設(shè)備的傳感器陣列由很多的氣敏傳感器，這些氣敏傳感器對于茶葉香氣的檢測來說有的是多余的，電子鼻陣列中也可能缺少對茶葉氣體敏感的氣體傳感器。國內(nèi)市場上專用電子鼻產(chǎn)品尤其是檢測茶葉香氣方面的商品并不不成熟，而茶葉香氣又是評價茶葉等級、品種、制造工藝等重要因素，針對茶葉香氣檢測的電子鼻系統(tǒng)有著龐大的市場需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便攜性茶香檢測電子鼻系統(tǒng)及其檢測方法，本發(fā)明的電子鼻能夠?qū)Ｓ糜趯Σ杉枞~浸泡后產(chǎn)生的香氣來辨別茶葉等級、品質(zhì)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一、一種便攜性茶香檢測電子鼻系統(tǒng)：

系統(tǒng)包括箱體、置于在箱體內(nèi)的香氣檢測組件、信號采集電路板卡和用于供電的電池以及安裝在箱體上的多個開關(guān)、吸口探頭和平板電腦，信號采集電路板卡分別與香氣檢測組件、多個開關(guān)和平板電腦連接，吸口探頭作為茶葉的香氣輸入端并與香氣檢測組件連接，香氣檢測組件連接信號采集電路板卡的輸入端，信號采集電路板卡輸出端經(jīng)通信電路與平板電腦連接，信號采集電路板卡還連接有采集卡驅(qū)動電路。

所述的電池包括5v充放電鋰電池和12v充放電鋰電池，12v充放電鋰電池分別連接到清洗微型氣泵、檢測微型氣泵、電磁換向閥和信號采集電路板卡進行供電，5v充放電鋰電池和12v充放電鋰電池一起連接到氣敏傳感器陣列進行供電。

多個開關(guān)包括總開關(guān)、清洗開關(guān)和檢測開關(guān)。

所述的香氣檢測組件包括氣敏傳感器陣列、錐形氣腔、風扇底座、隔板、小排風扇、電磁換向閥、托架、清洗微型氣泵、檢測微型氣泵、干燥管和t型三通氣管接頭，托架固定安裝在箱體內(nèi)，托架側(cè)方的箱體底板上安裝有風扇底座，風扇底座內(nèi)安裝小排風扇，風扇底座上端安裝有錐形氣腔，風扇底座和錐形氣腔之間通過隔板密封連接，錐形氣腔下端開口，上端開有通氣孔，錐形氣腔下端開口內(nèi)置有氣敏傳感器陣列；托架上安裝t型三通氣管接頭、電磁換向閥、清洗微型氣泵、檢測微型氣泵和裝有干燥劑的干燥管，所述吸口探頭經(jīng)氣管與電磁換向閥的輸入端連接，電磁換向閥兩個可換向輸出端分別與清洗微型氣泵和檢測微型氣泵連接，檢測微型氣泵輸出端經(jīng)干燥管后和清洗微型氣泵輸出端一起連接到t型三通氣管接頭的兩個輸入端，t型三通氣管接頭輸出端經(jīng)氣動軟管與錐形氣腔上端通氣孔連接相通。

所述的氣敏傳感器陣列主要由對茶香成分敏感的氣敏傳感器組成，具體是由型號為tgs813、tgs822、tgs880、tgs2201、tgs2602、tgs2620、mq-6和mq-138的八個氣敏傳感器組成。

所述的信號采集電路板卡包括單片機u2，單片機u2的p2.5腳和p2.6腳分別經(jīng)電阻r7和電阻r8后接地，單片機u2的rst腳經(jīng)電阻r6后接地，同時rst腳依次經(jīng)開關(guān)s1、二極管d2、電阻r5后接地，單片機u2的rst腳經(jīng)電容c5后和自身的vcc腳一起連接到開關(guān)s2的一端和+5v電源，單片機u2的p2.2、p2.1和p2.0腳分別經(jīng)電阻r19、電阻r18和電阻r17連接到開關(guān)s2的一端，開關(guān)s2的另一端與+5v電源電壓連接，單片機u2的p1.1～p1.7腳分別與插口jp3的1-8腳連接，插口jp3的9腳接地。

所述通信電路包括芯片u1，芯片u1的vdd_325腳經(jīng)電容接地，芯片u1的osc2腳和osc1腳之間連接有晶振y1，osc2腳和osc1腳分別經(jīng)電容c2和電容c3后接地，pll_test腳和gnd_a腳接地，vdd_5腳依次經(jīng)電阻r1和二極管d1后接地，芯片u1的dm腳和dp腳分別經(jīng)電阻r2和電阻r3后與插口jp1的2腳和3腳連接，芯片u1的vo_33腳分別經(jīng)電阻r3和電容c4后接插口jp1的3腳和4腳，插口jp1的1腳分與芯片u1的vo_33腳和vdd_5腳連接，插口jp1插接到平板電腦，芯片u1的txd腳和rxd腳分別與單片機u2的txd腳和rxd腳連接。

所述的采集卡驅(qū)動電路包括芯片u3，芯片u3的out1腳、out3腳和out5腳串聯(lián)后一起連接到自身的vcc腳，電磁繼電器u4～u6的6腳連接12v電源，電磁繼電器u4～u6的5腳均連接到芯片u3的vcc腳，電磁繼電器u4～u6的2腳分別連接到芯片u3的out2腳、out4腳和out6腳，電磁繼電器u4的4腳連接到u3的1腳，電磁繼電器u5的4腳連接到u3的3腳，電磁繼電器u6的4腳連接到u3的5腳；芯片u3的out2腳依次經(jīng)二極管d5和電阻r23后連接到自身的vcc腳，芯片u3的out4腳依次經(jīng)二極管d6和電阻r24后連接到自身的vcc腳，芯片u3的out6腳依次經(jīng)二極管d7和電阻r25后連接到自身的vcc腳；芯片u3的in1腳、in3腳、in5腳分別連接到單片機u2的p2.0腳、p2.1腳、p2.2腳。

在茶葉香氣辨別中的應用，能夠通過茶葉香氣辨別出茶葉的種類和品質(zhì)。

二、一種便攜性茶香檢測方法，采用所述系統(tǒng)，并采用以下步驟：

1)開啟箱體上的總開關(guān)，通電工作；

2)開啟箱體上的清洗開關(guān)使得電磁換向閥切換到清洗微型氣泵工作，將外界潔凈的空氣從吸口探頭吸入經(jīng)過氣路對錐形氣腔及其氣敏傳感器陣列進行清洗；

3)關(guān)閉清洗開關(guān)，將吸口探頭放入裝有茶葉容器中，開啟箱體上的檢測開關(guān)，使得電磁換向閥切換到檢測微型氣泵工作，將茶香氣氣從吸口探頭吸入經(jīng)過氣路進入錐形氣腔，并與氣敏傳感器陣列接觸，由氣敏傳感器陣列采集香氣數(shù)據(jù)。

由氣敏傳感器陣列采集香氣數(shù)據(jù)后，進一步經(jīng)信號采集電路板卡將香氣數(shù)據(jù)發(fā)送到平板電腦，通過平板電腦內(nèi)的香氣處理算法對香氣數(shù)據(jù)進行處理獲得茶葉的種類及品質(zhì)，并進行顯示。

本發(fā)明電子鼻系統(tǒng)專用于對茶葉香氣的采集并檢測茶葉的種類和品質(zhì)，傳感器陣列都是由對茶葉香氣成分較為敏感的氣敏傳感器組成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明主要針對區(qū)分茶葉的品種貨品質(zhì)，可以改善人為感官評審的穩(wěn)定性差和重復性差等問題，本發(fā)明適用于面向?qū)νㄟ^采集茶葉香氣以評價茶葉的等級和品質(zhì)。

本發(fā)明體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶，經(jīng)濟成本較低，對于茶葉香氣氣體的采集操作簡單簡便，檢測結(jié)果不同品種茶葉區(qū)分明顯，顯著降低了人工評審的不穩(wěn)定影響，提高了香氣結(jié)果的準確性和重復性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明箱體外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的錐形氣腔與風扇底座的爆炸圖；

圖4為本發(fā)明工作連接關(guān)系邏輯圖；

圖5為本發(fā)明的通信電路圖；

圖6為信號采集電路板卡的電路圖；

圖7為采集卡驅(qū)動電路圖。

圖中：(1)箱體、(2)總開關(guān)、(3)清洗開關(guān)、(4)檢測開關(guān)、(5)吸口探頭、(6)平板電腦、(7)氣敏傳感器陣列、(8)信號采集電路板卡、(9)錐形氣腔、(10)風扇底座、(11)隔板、(12)小排風扇、(13)電磁換向閥、(14)托架、(15)清洗微型氣泵、(16)檢測微型氣泵、(17)5v充放電鋰電池、(18)12v充放電鋰電池、(19)裝有干燥劑的干燥管、(20)氣動軟管、(21)t型三通氣管接頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明具體實施包括箱體1、置于在箱體1內(nèi)的香氣檢測組件、信號采集電路板卡8和用于供電的電池以及安裝在箱體1上的多個開關(guān)、吸口探頭5和平板電腦6，信號采集電路板卡8分別與香氣檢測組件、多個開關(guān)、吸口探頭5和平板電腦6連接，吸口探頭5作為茶葉的香氣輸入端并與香氣檢測組件連接，香氣檢測組件連接信號采集電路板卡8的輸入端，信號采集電路板卡8輸出端經(jīng)通信電路與平板電腦6連接，信號采集電路板卡8還連接有采集卡驅(qū)動電路。通過香氣檢測組件采集香氣數(shù)據(jù)發(fā)送到信號采集電路板卡8，再由信號采集電路板卡8發(fā)送到平板電腦6，通過數(shù)據(jù)分析獲得香氣所對應茶葉的種類和品質(zhì)。

如圖2所示，電池包括5v充放電鋰電池17和12v充放電鋰電池18，12v充放電鋰電池18分別連接到清洗微型氣泵15、檢測微型氣泵16、電磁換向閥13和信號采集電路板卡8進行供電，5v充放電鋰電池17和12v充放電鋰電池18一起連接到氣敏傳感器陣列7進行供電。

如圖1所示，多個開關(guān)包括與信號采集電路板卡8連接的總開關(guān)2、清洗開關(guān)3和檢測開關(guān)4，總開關(guān)2、清洗開關(guān)3和檢測開關(guān)4分別用于總電源的切斷、清洗微型氣泵15和檢測微型氣泵16的開啟。清洗開關(guān)3連接在清洗微型氣泵15和電源之間，檢測開關(guān)4連接在檢測微型氣泵16和電源之間。

如圖2所示，香氣檢測組件包括氣敏傳感器陣列7、錐形氣腔9、風扇底座10、隔板11、小排風扇12、電磁換向閥13、托架14、清洗微型氣泵15、檢測微型氣泵16、干燥管19和t型三通氣管接頭21。托架14固定安裝在箱體1內(nèi)，如圖3所示，托架14側(cè)方的箱體1底板上安裝有風扇底座10，風扇底座10內(nèi)安裝小排風扇12，風扇底座10上端安裝有錐形氣腔9，風扇底座10和錐形氣腔9之間通過隔板11密封連接，錐形氣腔9下端開口，上端開有通氣孔，錐形氣腔9下端開口內(nèi)置有氣敏傳感器陣列7；托架14下方的箱體1底板上安裝有信號采集電路板卡8、12v充放電鋰電池18和5v充放電鋰電池17。

托架14上安裝t型三通氣管接頭21、電磁換向閥13、清洗微型氣泵15、檢測微型氣泵16和裝有干燥劑的干燥管19，吸口探頭5穿設(shè)地安裝在箱體1側(cè)壁，如圖4所示，吸口探頭5輸入香氣的端口伸出到箱體1外與茶杯腔內(nèi)相連通，所述吸口探頭5經(jīng)氣管與電磁換向閥13的輸入端連接，電磁換向閥13兩個可換向輸出端分別與清洗微型氣泵15和檢測微型氣泵16連接，檢測微型氣泵16輸出端經(jīng)干燥管19后和清洗微型氣泵15輸出端一起連接到t型三通氣管接頭21的兩個輸入端，t型三通氣管接頭21輸出端經(jīng)氣動軟管20與錐形氣腔9上端通氣孔連接相通。

通過電磁換向閥13切換使得清洗微型氣泵15工作將外界的空氣從吸口探頭5吸入氣路內(nèi)進行清洗，并且使得檢測微型氣泵16工作將外界的茶香氣從吸口探頭5吸入到錐形氣腔9內(nèi)進行香氣檢測。檢測香氣后通過小排風扇12將氣體排出回到外界。

如圖3所示，氣敏傳感器陣列7主要由對茶香成分敏感的氣敏傳感器組成，具體是由型號為tgs813、tgs822、tgs880、tgs2201、tgs2602、tgs2620、mq-6和mq-138的八個氣敏傳感器組成。

如圖6所示，信號采集電路板卡8包括單片機u2，單片機u2的p2.5腳和p2.6腳分別經(jīng)電阻r7和電阻r8后接地，單片機u2的rst腳經(jīng)電阻r6后接地，同時rst腳依次經(jīng)開關(guān)s1、二極管d2、電阻r5后接地，單片機u2的rst腳經(jīng)電容c5后和自身的vcc腳一起連接到開關(guān)s2的一端和+5v電源，單片機u2的p2.2、p2.1和p2.0腳分別經(jīng)電阻r19、電阻r18和電阻r17連接到開關(guān)s2的一端，開關(guān)s2的另一端與+5v電源電壓連接，單片機u2的p1.1～p1.7腳分別與插口jp3的1-8腳連接，插口jp3的9腳接地；插口jp2用于接5v充放電鋰電池17和12v充放電鋰電池18。其中的開關(guān)s1為采集板卡的電路開關(guān)，開關(guān)s2用于復位。

如圖5所示，通信電路連接在信號采集電路板卡8和電腦之間，包括芯片u1，芯片u1的vdd_325腳經(jīng)電容接地，芯片u1的osc2腳和osc1腳之間連接有晶振y1，osc2腳和osc1腳分別經(jīng)電容c2和電容c3后接地，pll_test腳和gnd_a腳接地，vdd_5腳依次經(jīng)電阻r1和二極管d1后接地，芯片u1的dm腳和dp腳分別經(jīng)電阻r2和電阻r3后與插口jp1的2腳和3腳連接，芯片u1的vo_33腳分別經(jīng)電阻r3和電容c4后接插口jp1的3腳和4腳，插口jp1的1腳分與芯片u1的vo_33腳和vdd_5腳連接，插口jp1插接到平板電腦，芯片u1的txd腳和rxd腳分別與單片機u2的txd腳和rxd腳連接。

如圖7所示，采集卡驅(qū)動電路包括芯片u3，芯片u3的out1腳、out3腳和out5腳串聯(lián)后一起連接到自身的vcc腳，電磁繼電器u4～u6的6腳連接12v電源，電磁繼電器u4～u6的5腳均連接到芯片u3的vcc腳，電磁繼電器u4～u6的2腳分別連接到芯片u3的out2腳、out4腳和out6腳，電磁繼電器u4的4腳連接到u3的1腳，電磁繼電器u5的4腳連接到u3的3腳，電磁繼電器u6的4腳連接到u3的5腳；芯片u3的out2腳依次經(jīng)二極管d5和電阻r23后連接到自身的vcc腳，芯片u3的out4腳依次經(jīng)二極管d6和電阻r24后連接到自身的vcc腳，芯片u3的out6腳依次經(jīng)二極管d7和電阻r25后連接到自身的vcc腳；芯片u3的in1腳、in3腳、in5腳分別連接到單片機u2的p2.0腳、p2.1腳、p2.2腳。

具體實施的單片機u1的型號采用stc12c56ad單片機，芯片u3采用uln2003芯片作為控制驅(qū)動部分。當用電受限時，可利用該芯片驅(qū)動清洗微型氣泵15、檢測微型氣泵16及電磁換向閥13以保證工作的正常進行。

具體實施中，箱體整體為長方形，其大小為250mm×190mm×110mm，體積小巧，便于移動。本發(fā)明平板電腦端直接安裝在電子鼻箱體上，因此不需要外界pc設(shè)備，本發(fā)明的茶香電子鼻可以隨時隨地使用。

本發(fā)明的工作過程是：

1)開啟箱體1上的總開關(guān)2，通上12v和5v的直流電工作；

2)開啟箱體1上的清洗開關(guān)3使得電磁換向閥13切換到清洗微型氣泵15工作，將外界潔凈的空氣從吸口探頭5吸入經(jīng)過氣路對錐形氣腔9及其氣敏傳感器陣列7進行清洗；

3)關(guān)閉清洗開關(guān)3，將吸口探頭5放入裝有茶葉容器中，開啟箱體1上的檢測開關(guān)4，使得電磁換向閥13切換到檢測微型氣泵16工作，將茶香氣氣從吸口探頭5吸入經(jīng)過氣路進入錐形氣腔9，并與氣敏傳感器陣列7接觸，由氣敏傳感器陣列7采集香氣數(shù)據(jù)。

4)啟動平板電腦6，由氣敏傳感器陣列7采集香氣數(shù)據(jù)后，進一步經(jīng)信號采集電路板卡8將香氣數(shù)據(jù)發(fā)送到平板電腦6，通過平板電腦6內(nèi)的香氣處理算法對香氣數(shù)據(jù)進行處理獲得茶葉的種類及品質(zhì)，并進行顯示。

具體實施可基于響應曲線的均值、最大值、最大斜率、積分、方差最大處響應值5種特征提取方法獲得茶葉的種類和品質(zhì)，并結(jié)合主成分分析法分析獲得電子鼻采集的香氣數(shù)據(jù)。

5)關(guān)閉檢測開關(guān)4，將吸口探頭5從茶葉容器中取出，按下清洗開關(guān)3，使得電磁換向閥13再次切換到清洗微型氣泵15工作，將外界潔凈的空氣從吸口探頭5吸入經(jīng)過氣路對錐形氣腔9及其氣敏傳感器陣列7進行清洗，以此清洗掉殘留在氣腔和氣敏傳感器陣列上所檢測的茶香氣體；

6)最后關(guān)閉總開關(guān)2。

由此實施可見，本發(fā)明能夠用于并實現(xiàn)通過采集茶葉香氣以評價茶葉的等級和品質(zhì)，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶，顯著降低了人工評審的不穩(wěn)定影響，提高了香氣評價檢測結(jié)果的準確性和重復性。