基于51单片机的酒精特异电子鼻设计探究.pdf

本篇文档探究了基于51单片机的酒精特异性电子鼻的设计原理与实践。从硬件开发、程序设计、功能模块拓展、实验验证和程序改进等方面详细阐述了设计过程和结果。以下是具体知识点的详细解释： 1. 电子鼻的工作原理：电子鼻是基于人嗅觉系统模拟的电子设备，能够识别和区分不同气体。其工作原理主要依靠电化学传感器阵列和识别方法的组合，传感器阵列检测气体并产生信号，通过前段处理电路转化为数字信号。之后，这些数字信号传送给PC机进行数据训练和处理，再将训练好的算法转移到单片机中，由单片机配合其他模块共同工作。 2. 酒精特异电子鼻系统的硬件设计：考虑到成本和简化程序，该系统没有使用多个传感器阵列，而是选择了具有酒精特异性的气体传感器，具体选用了MQ-3型气体传感器。这个传感器对酒精有较为明显的负特征反应曲线和良好的线性响应。硬件设计上还包括了最小系统搭建、A/D转换器的选择、功能模块的拓展等。 3. 微处理器和A/D转换：系统以51单片机为核心，采用了11.0592MHz的晶振和5V供电电压。在A/D转换部分，选择了PCT8591型八位逐次逼近型A/D转换器，它具有快速准确的数据转换能力，与E2C总线连接，能够适应不同的精度要求。 4. 功能扩展模块设计：该电子鼻系统设计时考虑了为开发者提供大量的单片机引脚以实现二次开发，使用了I2C总线和串行通信接口，便于连接多个程序子模块。例如，通过与1602液晶显示器连接，可以实现数据的可视化显示。 5. 程序实现与改进：将程序分为底层硬件设计相关部分和用户功能模块实现两部分。底层设计包括数据类型定义、定时计数器、延时函数编写和I2C总线设置等，用户功能模块则包括显示、报警和浓度算法等部分。浓度算法部分允许通过训练神经网络获得模式识别算法，实现更多智能化功能，如红酒年份鉴别等。 6. 实验总结与相关结论：系统设计完成并通过多天气条件下的测试显示，电子鼻的准确性受到环境影响，但总体上实现了实验目标。系统具备低成本、体积小、便于携带的特点，同时具有一定的扩展性，但准确率高度依赖于传感器灵敏度。 文档中还提到了一些细节，例如传感器封装和特征反应曲线，以及主程序框图设计。通过这些细节，我们可以看到设计者对于提高电子鼻系统的稳定性和可扩展性的考量。此外，系统的硬件电路搭建、数据处理流程以及最终的实验验证，都完整地展示了电子鼻从理论到实践的全过程。