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1電路設計

1．1傳感器電路圖3為單只傳感器的測試電路，給傳感器串聯一只測試電阻器R0，阻值10kΩ，電化學傳感器本身可以產生電流，但起電流信號極為微弱，需要設置信號放大電路，電路圖如圖4所示。測試溫度為室溫，當待測氣體通入傳感氣腔時，電化學傳感器的活性材料與氣體接觸后，電化學傳感器產生壓降，電壓U0會發生改變，R0的阻值不變，根據歐姆定律。根據式(1)可知，流經電路電流值I將會發生變化，因此，通過測量流經電阻器R0的電流I的變化量就可以得到傳感器的敏感度。

1．2控制系統電路設計本設計利用STM32F103處理器為核心，它應用了ARM公司的Cortex-M3內核，該內核能夠滿足電子鼻系統所需要的高性能低功耗的實時應用，STM32的工作頻率為72MHz，片上集成的Flash最多可達512kB，5個USART接口便于串口連接并完成系統和上位機之間的通信。此外，STM32F103擁有2個FC接口，3個SPI接口，可以對轉換后的信號進行拾取。STM32F103嵌入了一個嵌套矢量中斷控制器，同時還支持3種低功耗模式和靈活的時鐘控制機制［4］。圖5為控制系統部分的原理圖。微型處理器STM32F103V8T6的PA4/SPI1_NSS，PA5/SPI1_SCK，PA6/SPI1_MISO接口分別于A/D轉換器ADS8326的DS/SHDN，DCLOCK，DOUT相連完成電信號到數字信號的轉換。由于USB接口在計算機領域應用廣泛，傳輸數據穩定快速，電子鼻系統采用CP2103實現USB通信，STM32F103V8T6的PA9和PA10分別于CP2013的RXD和TXD相連完成串口電路。

2軟件系統

電子鼻系統的軟件部分采用基于labview2012的開發平臺，其內部集成了Matlab腳本，程序編寫簡單且易于掌握，界面簡潔易于操作。再者LabVIEW針對數據采集、儀器控制、信號處理與分析等方面，擁有專用控制節點函數，相比其他編程軟件更加方便，軟件流程如圖6。單片機與PC上位機之間的交流是以字符串的形式進行的［8］，如果要將單片機中的數據反映在LabVIEW中的波形顯示函數中，需要將字符串轉換成字節數組。在安裝UART-USB虛擬驅動后，為保證上位機與下位機通信正常，首先要在LabVIEW中正確選擇串口，再通過VISA函數庫中的VISA串口配置、VISA寫、VISA讀和VISA關閉等函數實現USB通信。在配置VISA時波特率設置成9600，字節大小為8bit，1位停止位，無奇偶校驗。

3系統測試

電子鼻在測試模式下對9種不同濃度比例的CH4和CO氣體組分進行檢測，將傳感器數據輸入到已經訓練好的BP神經網絡進行模式識別，表1是電子鼻系統混合氣體識別結果和誤差，由表1得出CO的平均誤差為5．52×10－6:CH4的平均誤差為7．15×10－6。可以看出該電子鼻系統誤差很小，在實際工作中具有很好的效果。

4結束語

本設計基于LabVIEW平臺，利用電化學傳感器組成陣列，結合BP神經網絡進行模式識別，傳感器數據能直觀地顯示在上位機上，實現了數據分析無縫集成到虛擬檢測平臺。該系統不僅可用于實驗教學和研究，也可以用于礦井中對可燃氣體的含量進行監測預警。但是，該系統仍然存在一些問題，如，傳感器響應信號較小，容易被噪聲淹沒，配氣系統的智能操控性能不高，需要人為干預。

作者：張嘉琪冀大選李杰一任遠單位：天津理工大學環境科學與安全工程學院天津房信建筑工程總承包有限公司