多气体传感器阵列分布式温度测控系统设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

自然界向我们展示着最为完美的气体传感器--鼻子，它能对周围气味响应， 产生玫瑰香、腐蛋臭、鱼腥、尿臊等各种嗅觉：警犬能根据对特征气味的响应和 记忆来完成追踪和搜索的任务；昆虫类对气味的记忆能力以及感知特殊气味组分的灵敏度和选择性也很惊人。事实上，当一种信息素在空气中的浓度达到 10以89／cm3时，生物就能有所响应，这样的浓度比现代分析仪器的检测极限还低几百万倍!向大自然学习，模拟生物的嗅觉系统，构成了气体传感器研究与开发的重要方向。目前，在很多领域当中，对于气味的鉴别仍然主要依靠人或动物的嗅觉来进行分辨、识别和评价。例如：专业人士对食品、卷烟、白酒等进行评价：刑侦中通过狗的灵敏嗅觉来对易燃易爆或毒品等物品进行的检测等。但是，不论是人还是狗都存在一定的主观性，并且其会随着年龄、环境、性别、鉴别能力及表达能力的不同存在比较大的差异。即使是同一个人，随着在同一环境中待的时间的变长，其嗅觉系统也会变得疲劳，从而影响其鉴别的成功率。这种传统的鉴别方式在工业自动化的今天已经不能够适应工业的发展速度，而且在恶劣的环境 (有毒、易爆环境)下，对人体存在极大的伤害。而现有的比较精确的气体测试仪器存在体积比较大、价格昂贵等缺点，不能够在更广泛的范围内得到应用。

电子鼻一般由气体传感器阵列、信号预处理单元、和模式识别单元三部分组成。气体传感器阵列用来感应气体中的化学成分，产生可以用来测量的物理量的变化。它是由多个单独的传感器组成，具有交叉灵敏度高，响应频带宽等特点。正确地选择传感器的种类对于整个电子鼻的性能有很大影响。信号预处理单元对传感器阵列的响应模式进行预加工，完成滤波、交换和特征提取，其中最重要的就是对信号的特征提取。如在气味、气体的定性识别中，采用归一算法可在一定程度上消除对传感器输出响应的影响。模式识别单元相当于人类和动物的神经中枢，把提取的特征参数进行模式识别，运用一定的算法完成气味、气体的定性定量判别。

但现有的电子鼻大多使用金属氧化物半导体气体传感器。其对温度变化比较敏感，为了保证电子鼻测量的准确性，必须保证其气室温度的稳定，然而，目前用于电子鼻的温度控制方法，如水浴法，其升降温速度慢，且不利于电子鼻的便携式设计，导致电子鼻无法最大程度地发挥其优点。本设计基于单片机微处理器，对仿生电子鼻的多气体传感器阵列的工作温度进行监测和控制，满足气体传感阵列工作的最佳工作需要。

2. 研究的基本内容与方案

在电子鼻的应用中，电子鼻系统对温度控制的要求非常严格，以便提高电子鼻的识别精度。温度调制的实质就是改变传统金属氧化物传感器的加热电压方式，通过对气敏传感器工作电压的控制，使传感器工作温度发生周期性变化，由固定电压变为交变电压，气敏传感器状态由静态变为动态。可通过以下几种方式实现：

① 改变加热电压的波形。对金属氧化物半导体传感器(sgs)来说，传统的加热方式是采用固定电压。如本课题小组所用的日本费加罗公司生产的tgs822的工作电压就是直流5v。文献用幅值为7v、频率为20mhz的矩形波对传感器加热，分别对浓度为0．5ppm的乙醇、甲醇、甲醛和环己酮进行信息采集，得到了不同的响应曲线，可对气体进行定性识别。文献中提至ljbukowieeki用不同种类的加热波形(三角波、锯齿波、不同占空比的矩形波)来区分co、甲烷、氨气和氢气。

② 改变信号的周期。文献中利用正弦波对跏0，传感器进行加热，分别调节信号的周期为10秒、25秒、50秒、100秒、200秒，结果发现50秒是传感器反应速度和导电率之间的折衷。文献所用信号周期也是50秒。

3. 研究计划与安排

第1－3周：调研、查阅、收集资料，结合毕业设计任务书，确定总体方案，编写开题报告。

第4－6周：熟悉气敏传感器信号的采集原理及过程；翻译英文文献。

第7－8周：熟悉液晶显示屏的基本参数及引脚功能。

4. 参考文献（12篇以上）

【1】郝博．机器人嗅觉系统的研究．哈尔滨工业大学工学硕士学位论文．2005．6．27

【2】r．tagnohi’japanase patentno．45-38200，1962

【3】t．sei”ma’九ka协，k．fujishi andm．nagntani,anewdetectorforgaseoususing semiconductorthin films，anal hem,1962)34；1502—1505