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”，在國防、軍事、工業(yè)、環(huán)保、衛(wèi)生、安全等諸多領域具有廣泛的應用前景。傳統(tǒng)的電子鼻是通過對氣體傳感器陣列的信號響應進行分析從而獲取待測氣體的種類、濃度、成分等信息。僅僅實現這些功能尚不能滿足人們對于電子鼻的需求。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機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)。常見做法是設計一個帶有分布氣體傳感器的氣味羅盤

2、，利用傳感器信號響應差異來判斷氣味的方向。然而該方法面臨的一個重要問題是如何減小煙羽角度的測量誤差。
　　本文在現有的氣體傳感器技術的基礎上，結合氣味羅盤的定位原理，設計了一種新的類似于哺乳動物鼻子結構的味源定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶有兩個互相垂直的氣道，每個氣道內部各裝有一個氣體傳感器，能夠在水平360°范圍內自由轉動。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)是在旋轉的過程中連續(xù)采集氣體煙羽的信息，模擬人或動物利用鼻子連續(xù)轉動來判斷氣味的方向，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驗的要求。以氣體煙羽和氣道的夾角作為偏轉角，每次實驗對初始角度從0°到30°每隔5°

4、共七個角度的煙羽信息進行采集。利用K-L變換和Fisher判別法相結合的特征提取方法對訓練樣本數據進行分類，最后利用測試樣本對分類結果進行測試，驗證該系統(tǒng)及方案的可行性。
　　實驗結果證明:實驗室條件下，本系統(tǒng)采集的數據經過K-L變換和Fisher判別相結合的方法進行特征提取后分類效果較好，也就是說即使傳感器的偏轉角小到5°也是可以區(qū)分氣體煙羽角度的。而一般的氣味羅盤對于煙羽的區(qū)分度為30°，因此，本文設計的味源定位系統(tǒng)對于煙羽角