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摘 要

鼻子是人类识别气味的重要器官，但是鼻子对于气体的识别功能是模糊的、主观的，而且受环境影响很大，对于一种特定的气味人类要经过反复训练接触才能够记住气体的气味信息。在传感器技术与计算机技术等一些高新技术快速发展背景下，在人类对嗅觉过程理解不断加深前提下，在某些特殊行业比如化工工业控制、环境检测保护、公安消防预警和医学临床诊断等众多领域行业要求下，电子鼻技术应运而生。

本课题主要研究方法如下：以人类嗅觉系统工作过程为参照，模仿其嗅觉细胞、嗅泡、大脑嗅觉中枢三个工作流程，设计出相对应的气敏传感器整列、信号预处理系统、模式识别系统的电子鼻系统。识别原理是气敏传感器对不同气体的反应速度以及反应峰值是不同的，单片机根据不同反应结果分析出气体性质。具体做法是以STC89C52单片机为核心，气体采集电路、模数转换电路、报警电路、显示电路协调工作，可以实现对二氧化碳气体、丁烷气体和乙醇蒸气的检测识别以及上限值报警。

关键词：单片机 气敏传感器 气体检测识别

Research of electronic nose based on microcontrollers

Abstract

The nose is an important organ of human odor recognition, smelling the human olfactory system is divided into three steps, first, when the gas molecules and olfactory cell adsorption reaction, the second stage is the olfactory bulb cells responsible for the reaction results before a period of pretreatment process, the last of the nervous system to transfer the results to the brain olfactory center analysis recognition. The recognition function of the nose is vague, subjective and influenced by the environment. For a particular kind of smell, human beings have to be trained repeatedly to keep in mind the smell information of the gas. In the background of the rapid development of sensor technology and computer technology and other high-tech, in the process of deepening understanding of the human sense of smell premise, in some special industries such as chemical industry, environmental protection, detection and control of public security fire warning and medical diagnosis and many other fields of industry came into being under the requirement of electronic nose technology.

The main research methods of this paper are as follows: Based on the working process of human olfactory system, an electronic nose based on MCU is designed to imitate the process of human olfactory system. The specific approach is based on the STC89C52 microcontroller as the core, other peripheral circuits such as gas collecting circuit, analog-to-digital conversion circuit, alarm circuit, display circuit coordination, so as to realize the carbon dioxide gas, butane gas and ethanol vapor detection and limit alarm.

Key Words：Microcontrollers;Gas sensor;Gas detection and recognition

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题介绍 1

1.2 课题背景 1

1.3 课题研对象发展现状与前景 1

1.4 课题目的 2

1.5 课题要解决的问题 2

第二章 课题部分元器件介绍及选型说明 4

2.1 引言 4

2.2 单片机芯片 4

2.3 MQ3气敏传感器 5

2.4 ADC0832转换芯片 8

第三章 电子鼻系统硬件设计 10

3.1 引言 10

3.2 硬件设计 10

3.3 硬件介绍 11

3.3.1 MQ3气敏传感器模块设计 12

3.3.2 显示模块 12

3.3.3 供电模块 14

3.3.4 下载模块 15

3.3.5 按键模块 17

3.3.6 报警模块 18

第四章 电子鼻系统软件设计 20

4.1 引言 20

4.2 Keil5开发软件的说明 20

4.3 程序编译 20

4.3.1 关于引脚与变量的定义 20

4.3.2 关于函数的声明 21

4.4 Proteus软件的仿真 26

4.4.1 关于Proteus8.6的介绍 26

4.4.2 使用Proteus软件进行仿真的好处 27

4.4.3 Proteus仿真结果 27

第五章 气体检测识别实验 29

5.1 引言 29

5.2 实验演示 29

5.3 实验演示结果 30

5.3.1 对二氧化碳气体的检测识别 30

5.3.2 对丁烷气体的检测识别 31

5.3.3 对乙醇气体的检测识别 32

第六章 毕业设计总结 33

总结与展望 33

致谢 34

参考文献 35

绪论

课题介绍

电子鼻，顾名思义就是由一些电子仪器组成的，仿造人类鼻子的功能设计的，能实现对气体进行识别功能的仿生气体检测智能仪器。由于电子鼻是仿造人类嗅觉系统过程而设计的智能仪器，所以在很大程度上与人类嗅觉系统具有同样的结构与工作原理。人类嗅觉系统工作流程：（1）嗅觉细胞与气味分子反应；（2）嗅泡进行预处理；（3）嗅觉中枢做出确定识别结果。与之相对应的仿生类电子鼻仪器的组成系统：（1）气敏传感器阵列采集气味信号；（2）信号预处理系统把反应信号进行预处理过程；（3）模式识别系统，进行气体识别的最后分析并做出判断过程，这三大过程分别对应人类生成嗅觉的三个过程^[1][1]。电子鼻的研究与发展在国内外都得到了广泛关注和普遍重视，各国都组成了相关科研机构并投入大量资金对电子鼻进行更深入的研究。但是从国内外发展情况来看，电子鼻目前存在如体积较大、价格昂贵、设计和制造的成本较高等一些不利因素^[2][2]，使得电子鼻的发展与应用受到了限制，研制更强功能、更方便携带、更低成本的电子鼻任重道远。

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