基于仿生嗅覺的味源定位系統(tǒng)研究.pdf

1、仿生嗅覺系統(tǒng)也叫做“電子鼻”，在國(guó)防、軍事、工業(yè)、環(huán)保、衛(wèi)生、安全等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的電子鼻是通過對(duì)氣體傳感器陣列的信號(hào)響應(yīng)進(jìn)行分析從而獲取待測(cè)氣體的種類、濃度、成分等信息。僅僅實(shí)現(xiàn)這些功能尚不能滿足人們對(duì)于電子鼻的需求。因此，近年來研究人員紛紛開始研究如何利用電子鼻來判斷氣味的方位或者利用搭載有電子鼻的移動(dòng)機(jī)器人來尋找味源的位置。這類電子鼻也就是本文所要研究的味源定位系統(tǒng)。常見做法是設(shè)計(jì)一個(gè)帶有分布?xì)怏w傳感器的氣味羅盤

2、，利用傳感器信號(hào)響應(yīng)差異來判斷氣味的方向。然而該方法面臨的一個(gè)重要問題是如何減小煙羽角度的測(cè)量誤差。
　　本文在現(xiàn)有的氣體傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣味羅盤的定位原理，設(shè)計(jì)了一種新的類似于哺乳動(dòng)物鼻子結(jié)構(gòu)的味源定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶有兩個(gè)互相垂直的氣道，每個(gè)氣道內(nèi)部各裝有一個(gè)氣體傳感器，能夠在水平360°范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。其與普通的氣味羅盤的不同之處在于氣體煙羽信息的采集方式上。普通的氣味羅盤一般是停留在某一角度采集氣體煙羽的信息，所采集

3、的角度比較有限，因此誤差較大;而該系統(tǒng)是在旋轉(zhuǎn)的過程中連續(xù)采集氣體煙羽的信息，模擬人或動(dòng)物利用鼻子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來判斷氣味的方向，所包含的氣味信息更多，從而能夠有效提高味源的定位精度。
　　其中氣體傳感器采用性能穩(wěn)定的金屬氧化物傳感器TGS822，采樣系統(tǒng)以高性能、低功耗的MSP430F5529為核心，提高了傳感器和采樣系統(tǒng)的兼容性，從而能夠很好的滿足實(shí)驗(yàn)的要求。以氣體煙羽和氣道的夾角作為偏轉(zhuǎn)角，每次實(shí)驗(yàn)對(duì)初始角度從0°到30°每隔5°

4、共七個(gè)角度的煙羽信息進(jìn)行采集。利用K-L變換和Fisher判別法相結(jié)合的特征提取方法對(duì)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，最后利用測(cè)試樣本對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證該系統(tǒng)及方案的可行性。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:實(shí)驗(yàn)室條件下，本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過K-L變換和Fisher判別相結(jié)合的方法進(jìn)行特征提取后分類效果較好，也就是說即使傳感器的偏轉(zhuǎn)角小到5°也是可以區(qū)分氣體煙羽角度的。而一般的氣味羅盤對(duì)于煙羽的區(qū)分度為30°，因此，本文設(shè)計(jì)的味源定位系統(tǒng)對(duì)于煙羽角