摘 要

电子舌是一种由低选择性、非特异性交互敏感传感器阵列、信号调理电路、采集电路以及模式识别算法构成的一种现代化分析检测仪器，自20世纪80年代发展至今，它以安全、简便、快速等特点迅速在生物、环境、食品质量与安全等领域得到广泛应用，因此电子舌是目前研究的新热点之一。

本文介绍了一种基于51单片机的电子舌系统，其识别原理是液体与传感器相接触，在传感器的敏感层上产生反应，将液体味道的化学信息转化为物理信息。并将这些物理信息转化成电信号输出，经由数据采集系统采集得到并传输至计算机中，将采集到的信号通过LCD显示并判断液体种类。该电子舌的硬件系统包括传感器电路、AD转换电路、传感器信号调理电路、单片机系统，软件部分主要有AD数据采集、数据排序。该电子舌具有识别液体中离子浓度、区分不同液体的功能。本文给出了该系统的完整硬件和软件设计方案，并实现了实物制作.该系统具有使用方便，成本低，检测性能好的特点，适用于需要区分不同溶液的场合。

关键词：电子舌；51单片机；离子选择电极；

Abstract

Electronic tongue is a kind of modern analytical instrumentation composed of low selectivity、nonspecific sensitive sensor array,signal conditioning circuit,sampling circuit and pattern recognition algorithm..It can be used to detect the flavor of dinfferent liquid food,and make this different information visualization. Since the 1980s development up to now,with the characteristics of safe,convenient and rapid,it is widely used in the biology,environment,food quality and safety fileds.So the electronic tongue is one of a hot spot in the present study.

This paper is introduced a kind of electronic tongue based on 51 single chip microcomputer system，the recognition principle is liquid sensor in contacted with the testes liquid, the sensor is sensitive to the reaction layer, and convert the liquid flavor of chemical information into physical information, then convert these physical information into electrical signal and output, through the data acquisition system to collect and transfer to the computer, the collected signal will display through the LCD . Hardware system of the electronic tongue is included the sensor circuit, AD conversion circuit, sensor signal conditioning circuit, single chip microcomputer system, the software part mainly has the AD data acquisition, data sorting. The electronic tongue has the function of identify the ion concentration in the liquid, distinguish between different liquids. This paper is given a complete hardware and software design scheme of the system, and implemented the physical production .The system is easy to use, low cost and good detection performance characteristics, is suitable for the occassions that need to distinguish different solution .

Key words: electronic tongue; 51 micro-controller; lon selective electrode.

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1电子舌系统概述 1

1.2本设计研究的意义和目的 2

1.3电子舌的发展历史以及研究现状 2

1.4电子舌的发展趋势 3

第二章 电子舌系统整体设计 4

2.1电子舌工作原理-味觉机理 4

2.2方案对比与选择 5

2.3电子舌系统整体组成 5

2.4电子舌传感器 6

2.4.1多通道类脂膜味觉传感器 6

2.4.2伏安型金属传感器 7

2.4.3光寻址电位传感器 7

2.4.4离子选择电极 8

第三章 电子舌系统硬件设计 9

3.1系统整体硬件结构 9

3.2传感器阵列 9

3.3电极的选择 10

3.4信号调理电路设计 10

3.4.1滤波电路 11

3.4.2高共模抑制比放大电路 11

3.4.3信号调理电路整体电路 13

3.5 A/D转换电路 14

3.6 U2锁存器 15

3.7 单片机电路设计 16

3.7.1 AT89C51单片机系统 16

3.7.2单片机复位电路 18

3.7.3 晶振电路 19

3.7.4 单片机电源电路 20

3.7.5 LCD显示电路 20

3.7.6 ADC0804与单片机连接 21

第四章 电子舌系统软件部分 23

4.1 主程序 23

4.2 AD转换部分 24

4.3数据排序 25

第五章 硬件实物制作 27

5.1成本估算 27

5.2实物制作 27

5.2.1信号调理电路 27

5.2.2 AD转换电路 29

5.2.3 单片机电路 31

第六章 误差分析 33

第七章 总结与展望 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

随着科技的发展，有关人工味觉系统的研究开始逐渐频繁起来，而模仿人类味觉系统功能的仿生系统，电子舌的研究进展越来越得到各行各业的重视。如同大家知道的，听觉、触觉、味觉、视觉、和嗅觉是人类的五种基本感觉。为了真实的模拟人类的视觉、听觉、触觉系统，照相机、录音机、各种压力传感器已经被发明出来。但是人们对于人类味觉和嗅觉系统研究的广度和深度还远远不够。一方面是因为味觉和嗅觉系统的复杂程度比其他系统高很多，另一方面是因为味觉系统中涉及到了一系列的物理和化学变化，找不出一些相应的递变规律。因此研究人工味觉系统就显得十分有必要。

电子舌，顾名思义是利用传感器探测待测液体以检测液体的电子系统，即电子味觉系统，属于人类味觉系统的一种延续,目前在食物检测、酒精识别等产业中得到了大量应用与发展，未来电子舌还会在食品化工、水质检测等领域有着广阔的应用前景。但目前国内外自主研发的电子舌系统由于知识产权限制，成本普遍较高，在日常生活中应用并不广泛。本文计划利用传感器阵列、单片机系统搭建一个简易低成本的电子舌模型。

1.1电子舌系统概述

目前传统意义上的味觉检测方法是口尝法，这种方法比较依赖于人类特殊的味觉识别能力对味道进行判断，并且代价较高，不仅需要专门培养味觉方面的专家，而且长时间进行工作会使人产生味觉疲劳，导致识别能力下降^[1]。同时在水质监测、医药、环境等领域，口尝法的应用必然会受到限制。在这种情况下，电子舌系统应运而生。电子舌是一种利用传感器阵列检测样品液体样品的响应信号，通过模式识别等方法对样品进行定性定量分析的一种新型分析测量设备，在20世纪80年代得到了较快的发展。电子舌的应用场景十分广，现已应用在食品、烟草、环境、医药等领域得到应用。作为一种现代化检测分析仪器，电子舌有着如下特点：（1）检测探头由多传感器阵列构成；（2）检测对象为液体；（3）所描述的特征与生物体感受到的味感觉不是同一概念。电子舌可以对液体样本进行定性定量分析，目前国外已经有商品化的电子舌系统，但普遍价格高昂，不利于国内批量应用。为节约成本，本文设计了基于51单片机的电子舌系统，最大程度的接近人类的舌头。

电子舌系统工作时，首先是液体传感器相接触，在传感器的敏感层上产生反应，这一过程将液体味道的化学信息转化为物理信息。采用的传感器的类型不同，转化的机理也各不相同，例如将液体信息转化为电阻的变化或频率的变化等。然后，传感器将这些物理信息转化成电信号输出，经由数据采集系统采集得到并传输至计算机中，将采集到的信号通过LCD显示出来。从图1.1和图1.2中可以看出生物味觉系统和人工味觉系统(电子舌)之间的差异。