LabVIEW平台的电子鼻系统设计范文

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1电路设计

1．1传感器电路图3为单只传感器的测试电路，给传感器串联一只测试电阻器R0，阻值10kΩ，电化学传感器本身可以产生电流，但起电流信号极为微弱，需要设置信号放大电路，电路图如图4所示。测试温度为室温，当待测气体通入传感气腔时，电化学传感器的活性材料与气体接触后，电化学传感器产生压降，电压U0会发生改变，R0的阻值不变，根据欧姆定律。根据式(1)可知，流经电路电流值I将会发生变化，因此，通过测量流经电阻器R0的电流I的变化量就可以得到传感器的敏感度。

1．2控制系统电路设计本设计利用STM32F103处理器为核心，它应用了ARM公司的Cortex-M3内核，该内核能够满足电子鼻系统所需要的高性能低功耗的实时应用，STM32的工作频率为72MHz，片上集成的Flash最多可达512kB，5个USART接口便于串口连接并完成系统和上位机之间的通信。此外，STM32F103拥有2个FC接口，3个SPI接口，可以对转换后的信号进行拾取。STM32F103嵌入了一个嵌套矢量中断控制器，同时还支持3种低功耗模式和灵活的时钟控制机制［4］。图5为控制系统部分的原理图。微型处理器STM32F103V8T6的PA4/SPI1_NSS，PA5/SPI1_SCK，PA6/SPI1_MISO接口分别于A/D转换器ADS8326的DS/SHDN，DCLOCK，DOUT相连完成电信号到数字信号的转换。由于USB接口在计算机领域应用广泛，传输数据稳定快速，电子鼻系统采用CP2103实现USB通信，STM32F103V8T6的PA9和PA10分别于CP2013的RXD和TXD相连完成串口电路。

2软件系统

电子鼻系统的软件部分采用基于labview2012的开发平台，其内部集成了Matlab脚本，程序编写简单且易于掌握，界面简洁易于操作。再者LabVIEW针对数据采集、仪器控制、信号处理与分析等方面，拥有专用控制节点函数，相比其他编程软件更加方便，软件流程如图6。单片机与PC上位机之间的交流是以字符串的形式进行的［8］，如果要将单片机中的数据反映在LabVIEW中的波形显示函数中，需要将字符串转换成字节数组。在安装UART-USB虚拟驱动后，为保证上位机与下位机通信正常，首先要在LabVIEW中正确选择串口，再通过VISA函数库中的VISA串口配置、VISA写、VISA读和VISA关闭等函数实现USB通信。在配置VISA时波特率设置成9600，字节大小为8bit，1位停止位，无奇偶校验。

3系统测试

电子鼻在测试模式下对9种不同浓度比例的CH4和CO气体组分进行检测，将传感器数据输入到已经训练好的BP神经网络进行模式识别，表1是电子鼻系统混合气体识别结果和误差，由表1得出CO的平均误差为5．52×10－6:CH4的平均误差为7．15×10－6。可以看出该电子鼻系统误差很小，在实际工作中具有很好的效果。

4结束语

本设计基于LabVIEW平台，利用电化学传感器组成阵列，结合BP神经网络进行模式识别，传感器数据能直观地显示在上位机上，实现了数据分析无缝集成到虚拟检测平台。该系统不仅可用于实验教学和研究，也可以用于矿井中对可燃气体的含量进行监测预警。但是，该系统仍然存在一些问题，如，传感器响应信号较小，容易被噪声淹没，配气系统的智能操控性能不高，需要人为干预。

作者：张嘉琪冀大选李杰一任远单位：天津理工大学环境科学与安全工程学院天津房信建筑工程总承包有限公司