一種無線電子鼻系統(tǒng)及監(jiān)測運輸過程中果蔬品質(zhì)的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測領域，尤其涉及一種無線電子鼻系統(tǒng)及監(jiān)測運輸過程 中果蔬品質(zhì)的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，人們對果蔬的種類和品質(zhì)提出了越來越高的要求，但是果蔬農(nóng)產(chǎn)品具有 較強的地域性，許多果蔬農(nóng)產(chǎn)品必須經(jīng)過長途運輸才能送到全國市場。果蔬農(nóng)產(chǎn)品在運輸 過程中長時間處于密閉環(huán)境，惡劣的儲藏環(huán)境導致果蔬出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象，如果工作人員 無法及時獲知并進入車廂內(nèi)進行處理，腐敗現(xiàn)象會在車廂內(nèi)迅速蔓延，從而造成巨大損失。 據(jù)統(tǒng)計，在運輸過程中每年至少有1200萬噸水果和1.3億噸蔬菜的浪費，損失超過1000億 元。因此，對運輸過程中果蔬品質(zhì)的實時監(jiān)測是運輸業(yè)急需解決的問題。
[0003] 電子鼻是一種模擬動物嗅覺系統(tǒng)的儀器設備，通過對樣品揮發(fā)出的氣味進行檢 測，獲得唯一代表該樣品的"氣味指紋圖譜"，利用多元統(tǒng)計分析和神經(jīng)網(wǎng)絡等方法對樣品 的氣味指紋圖譜進行定性或定量分析。電子鼻技術具有高靈敏度、可靠性和重復性等，在食 品檢測領域得到越來越廣泛的應用。傳統(tǒng)的電子鼻系統(tǒng)包括進樣裝置、傳感器氣室、傳感器 陣列、信號采集系統(tǒng)和上位機等，其中進樣裝置和傳感器氣室占了監(jiān)測節(jié)點的絕大部分體 積，而運輸過程中無法為上位機提供持續(xù)和穩(wěn)定的電源也是制約傳統(tǒng)電子鼻系統(tǒng)在運輸行 業(yè)中使用的又一因素，因此針對運輸行業(yè)中的應用，傳統(tǒng)的電子鼻系統(tǒng)仍存在許多不足。
[0004] 例如，中國發(fā)明專利申請公布號：CN 103308568 A，"一種用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)遠程監(jiān) 測的無線電子鼻系統(tǒng)"，所公開的無線電子鼻系統(tǒng)包括監(jiān)測節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點和上位機系 統(tǒng)，通過協(xié)調(diào)器節(jié)點建立ZigBee網(wǎng)絡，同時控制多個監(jiān)測節(jié)點對多個地方的對象進行監(jiān)測， 使用專利中所述天線設計方法使得數(shù)據(jù)達到最遠發(fā)送距離。本發(fā)明的不足在于:它將傳感 器陣列、氣室、氣栗、信號處理電路、無線傳輸模塊和天線全部集成到了監(jiān)測節(jié)點中，致使節(jié) 點負荷較大，功耗較高;協(xié)調(diào)器節(jié)點通過有線的方式和上位機系統(tǒng)相連，協(xié)調(diào)器節(jié)點將各個 監(jiān)測節(jié)點發(fā)來的電子鼻數(shù)據(jù)上傳給上位機進行處理和分析，這種方式不符合運輸過程中需 要實時監(jiān)測的要求。
[0005] 如，中國發(fā)明專利申請公布號：CN 103424433 A，"一種用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的遠 程無線電子鼻系統(tǒng)"，所公開的電子鼻系統(tǒng)包括:現(xiàn)場檢測部分、遠程監(jiān)控中心和上位機三 部分;完成了現(xiàn)場檢測和電子鼻信號無線傳輸，實現(xiàn)了對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)長期實時檢測并統(tǒng)一 管理電子鼻信號的目的；該發(fā)明的不足在于:現(xiàn)場檢測部分中的氣敏傳感器陣列布置在氣 室中，需要氣路控制模塊抽取樣品氣體和清洗氣體進入氣室，氣路控制模塊不僅增加了現(xiàn) 場檢測部分的體積，同時增加了系統(tǒng)的工作負荷和耗電量;另外，電子鼻系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡 進行信號傳輸，導致部分無法連接GPRS網(wǎng)絡的地區(qū)無法使用該系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決運輸過程中果蔬品質(zhì)無法實時監(jiān)測的問題，本發(fā)明提供一種無線電子鼻 系統(tǒng)及監(jiān)測運輸過程中果蔬品質(zhì)的方法。
[0007] 本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn):一種無線電子鼻系統(tǒng)，該電子鼻系統(tǒng)包括監(jiān)測 節(jié)點和移動終端兩部分;所述監(jiān)測節(jié)點包括主控芯片、氣敏傳感器陣列模塊、信號處理模 塊、串口轉(zhuǎn)WiFi模塊、電源模塊、實時時鐘模塊和SD卡儲存模塊;所述移動終端為具有搜索 并加入WiFi網(wǎng)絡功能的移動設備;所述氣敏傳感器陣列模塊與信號處理模塊相連，信號處 理模塊、串口轉(zhuǎn)WiFi模塊、實時時鐘模塊和SD卡儲存模塊均與主控芯片相連，電源模塊分別 與主控芯片和信號處理模塊相連;移動終端通過串口轉(zhuǎn)WiFi模塊建立的無線網(wǎng)絡與監(jiān)測節(jié) 點相連;所述的氣敏傳感器陣列模塊由8個氣敏傳感器組成;所述8個氣敏傳感器分別為：乙 醇氣體傳感器、烷烴類氣體傳感器、一氧化碳傳感器、氫氣/碳氫化合物傳感器、硫化氫氣體 傳感器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器、甲烷/一氧化碳氣體傳感器;所述氣敏傳感器陣列模 塊安裝在由金屬網(wǎng)罩和金屬外殼組成的結(jié)構(gòu)體中，所述結(jié)構(gòu)體頂部為金屬網(wǎng)罩，四面和底 部均為金屬外殼，氣敏傳感器陣列模塊布置在結(jié)構(gòu)體的底部。
[0008] 進一步的，所述的信號處理模塊由8個調(diào)理電路組成，每個調(diào)理電路與一個氣敏傳 感器相連，調(diào)理電路輸出端與主控芯片相連，調(diào)理電路將氣敏傳感器發(fā)送來的信號進行濾 波、放大處理，獲得傳感器模擬信號，調(diào)理電路將傳感器模擬信號發(fā)送給主控芯片，主控芯 片對輸入的8路傳感器模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而得到傳感器數(shù)字信號。
[0009] 進一步的，所述的電源模塊為采用4.5V電池組供電，通過降壓電路將電壓降到 3.3V后對主控芯片進行供電，通過穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)定為5V后對各個氣敏傳感器進行供 電。
[0010] 所述主控芯片可以采用美國德州儀器(TI)MSP430芯片的產(chǎn)品，但不限于此;所述 串口轉(zhuǎn)WiFi模塊可以采用上海順舟公司的SZ12-02WiFi DTU的產(chǎn)品，但不限于此;所述實時 時鐘模塊可以采用美國DALLAS公司DS1302的產(chǎn)品，但不限于此；所述電源模塊中降壓到 3.3V的降壓芯片可以采用AMS公司的LM1117-3.3V的產(chǎn)品，但不限于此;穩(wěn)壓到5V的穩(wěn)壓芯 片可以采用美信(ΜΑΧΠΟ公司的MAX1797的產(chǎn)品，但不限于此。
[0011] -種利用無線電子鼻系統(tǒng)監(jiān)測運輸過程中果蔬品質(zhì)的方法，具體步驟如下：
[0012] (1)獲取電子鼻信號:將品質(zhì)狀態(tài)已知的果蔬作為檢測樣品；按照其品質(zhì)狀態(tài)的分 成未成熟、成熟、變質(zhì)三個批次，相同批次的果蔬至少有三組不同的檢測樣品，將各組檢測 樣品分別放入車廂內(nèi)，長時間靜置，使得果蔬散發(fā)的氣味充滿車廂并達到飽和;氣敏傳感器 陣列模塊實時采集車廂內(nèi)果蔬散發(fā)的氣體，獲得氣敏傳感器陣列對不同品質(zhì)果蔬的響應信 號，并將采集到的響應信號傳遞給信號處理模塊進行濾波放大處理，從而獲得傳感器模擬 信號，信號處理模塊將傳感器模擬信號發(fā)送給主控芯片，主控芯片對發(fā)送來的傳感器模擬 信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換從而獲得數(shù)字信號，主控芯片將數(shù)字信號和時間信息打包成電子鼻信 號，然后將電子鼻信號傳輸給SD卡儲存模塊進行儲存;主控芯片控制串口轉(zhuǎn)WiFi模塊建立 無線網(wǎng)絡，移動終端搜索并加入無線網(wǎng)絡并接收由主控芯片發(fā)送來的電子鼻信號；
[0013] (2)建立果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型：移動終端將接收到的電子鼻信號傳輸給數(shù)據(jù)庫 進行儲存;移動終端從數(shù)據(jù)庫中讀取電子鼻信號并制作傳感器陣列響應曲線，提取響應曲 線上平穩(wěn)階段的值作為特征值;建立果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型，將提取出的特征值導入?yún)^(qū)分 模型進行訓練，從而得到果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型；
[0014] (3)實時監(jiān)測運輸過程中果蔬品質(zhì)狀態(tài):運輸過程中，將品質(zhì)狀態(tài)未知的果蔬放入 車廂內(nèi)，移動終端通過步驟(1)實時獲取車廂內(nèi)的電子鼻信號;將實時獲得的電子鼻信號作 為特征值，導入步驟(2)所建立的果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型;果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型輸出果蔬 品質(zhì)狀態(tài)，從而得到車廂內(nèi)果蔬的最終品質(zhì)狀態(tài)。
[0015] 進一步的，所述步驟(3)中實時獲取車廂內(nèi)的電子鼻信號，其獲取電子鼻信號的時 間間隔在1秒-600秒之間。
[0016] 進一步的，所述的步驟(4)中果蔬品質(zhì)狀態(tài)區(qū)分模型建立方法為BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法 或決策樹算法。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的用于監(jiān)測運輸過程中果蔬品質(zhì)的無線電子鼻系統(tǒng) 采用串口轉(zhuǎn)WiFi模塊建立自組網(wǎng)絡，移動終端通過WiFi信號與監(jiān)測節(jié)點進行通信，實現(xiàn)運 輸過程中果蔬的電子鼻信號的無線傳輸;本發(fā)明的監(jiān)測節(jié)點僅包括主控芯片、氣敏傳感器 陣列模塊、信號處理模塊、串口轉(zhuǎn)WiFi模塊、電源模塊、實時時鐘模塊和SD卡儲存模塊，其中 氣敏傳感器陣列采用開放式布局，舍棄掉傳統(tǒng)電子鼻系統(tǒng)的進樣裝置和氣室，大大簡化了 節(jié)點結(jié)構(gòu)，降低了監(jiān)測節(jié)點的功耗;采用三節(jié)常見的1.5V充電電池組成4.5V供電組，經(jīng)由降 壓電路和穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)至3.3V和5V的工作電壓，分別為主控芯片和氣敏傳感器陣列進行供 電，這種供電模式避免了因為壓降和壓升幅度過大導致的能量