[发明专利]一种用于农产品品质远程监测的无线电子鼻系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于农产品品质远程监测系统的无线电子鼻系统。 

背景技术

电子鼻是一种智能仿生系统，通过运用不同的传感器可以用于产品质量检测及分类、环境监测、疾病诊断等。近20年来，电子鼻研究取得了很大的进展，但它们价格均较昂贵。电子鼻及其应用研究在我国尚处于起步阶段，研究开发便携，低功耗，价格适宜的电子鼻近年来已成为研究趋势。 

传统的电子鼻系统只能针对工作在某些特定环境下小空间范围内或者说室内的特定存放的农产品品质检测，不适用于远程监测、野外生产现场、农产品产地等大范围场合应用；而且存在着有线接入维护成本高、系统可扩展性和移动性能差等缺陷。再者大多数传统电子鼻采用数据采集卡进行数据采集，采集卡价格昂贵，增加了电子鼻的成本。 

无线传感网络由部署在监测区域内大量廉价的微型传感器节点组成，各节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，能够协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。随着无线传感网络技术的发展，数据传输速率慢慢达到了可以和有线网络相媲美的程度。利用无线传感器网络测量不必铺设传输线，具有功耗低、可靠性高、易组网和稳定性好等优势，能非常方便地改变传感器节点位置和增加节点数目，具有广阔的应用前景。以往对此研究多用于少路数据或控制信息的传输，鲜有在多路数据传输方面的运用，随着传感器和同步传输信号增加，需注意数据的精确度和丢包率。 

将农产品品质检测用电子鼻系统与无线传感网络结合，可解决传统农产品检测用电子鼻存在的问题，能实时、快速将信号传送至监控器进行分析处理，并且将无线传感网络用于多路数据传输，同时保证传输的精确度，使得系统向网络化、远程化趋势发展，从而实现农产品品质的电子鼻远程监测。 

发明内容

本发明克服了传统的电子鼻系统只能针对工作在某些特定环境下小空间范围内的气体检测，不适用于生产现场、厂矿地区、边远野外等大范围场合应用，特别是无法在对人有害的环境下实时检测以及有线接入维护成本高、系统可扩展性和移动性能差等缺陷。 

本系统通过以下技术方案来完成：实现了基于ZigBee的无线电子鼻系统，包括各元器件的选取，节点的结构组成及原理图，各部分接口电路的设计，以保证系统功能的实现。其中重点在于信号处理电路以及无线通讯模块的天线部分设计。另外板上移植的Z-Stack结构，CC2530数据采集、AD转换程序的设计以及针对8路数据采集、传输所进行的开发，保证了8路数据传输的准确性。 

通过比较各无线模块，本节点间的通信采用美国德州仪器公司发布的低系统成本、高集成度、低功耗的射频芯片CC2530。对于监测节点，考虑农产品随着存放所释放的气体，传感器依次选为S1（TGS825）、S2（TGS822）、S3（TGS826）、S4（TGS2610）、S5（TGS2620）、S6（TGS2600）、S7（TGS2611）、S8（TGS2201）8个敏感对象不同的气敏传感器，此传感器需要施加2个5V电压：加热器电压（VH）和回路电压（VC）。从传感器气室输出8路传感值，通过信号处理电路进行处理。 

所述的信号处理电路采用传感器标准分压电路将输出转化为某一电压，此处考虑各传感器内阻、敏感特性等的差异，分压电阻选用一个阻值为10KΩ的电位器。由于本设计采用无线传输模块内部的A/D转换，该A/D参考电压为3.3V，故输入A/D的电压不能超过无线模块的供电电压3.3V，采用两个电阻对该电压进行分压，使电压调整为原来的三分之二。调整后的电压通过由放大器组成的电压跟随电路，降低了输出阻抗，提高了电路负载能力，使A/D转换前信号达到最优。 

所述的天线部分设计采用ADS进行Layout—原理图联合仿真，考虑了实际PCB制作的板材，布局，厚度等因素，使传输距离达到最大化。 

整个系统各部件中，只有CC2530采用3.3V供电，其余部件均采用5V供电，所以为了精简系统，系统采用单一5V供电，并且在输入CC2530模块前转化为3.3V。