鱼类新鲜度电子鼻检测系统硬件设计(附件)
新鲜度是评价鱼肉品质的重要标准之一。能够快速、便捷的评价鱼肉新鲜度对整个渔业的发展以及人们的日常生活有着重大意义。传统的鱼肉新鲜度检测方法复杂且价格昂贵。因此，针对这一现实需求，提出了以电子鼻为基础的鱼类新鲜度检测方案。 通过对系统整体框架及原理的研究，利用MQ-3系列传感器构成传感器阵列，并结合STC89C52RC单片机进行总体控制，通过串口调试助手软件与上位机通信，完成数据的收集与显示。检测结果证明，本电子鼻设计系统能够迅速、便捷、可靠地对不同新鲜度的鱼肉进行识别，并能够为鱼类的生产、储藏以及人们的生活带来巨大帮助。关键词 电子鼻，新鲜度，传感器，检测系统目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及其意义 1
1.2 常用的新鲜度检测方法 2
1.3 国内外研究现状及发展趋势 3
1.4 课题研究的主要内容 4
2 电子鼻系统的总体设计 5
2.1电子鼻的工作原理 5
2.2 系统总体结构 7
3 硬件系统设计 9
3.1 气敏传感器阵列 9
3.2 信号调理模块 10
3.3 STC核心处理器模块 11
3.4 AD转换模块 13
3.5 电源模块 15
3.6 按键电路 15
3.7 LED显示电路 16
3.8 RS-232串行通信模块 17
3.9报警模块 18
4 实验调试与结果分析 19
4.1硬件实物图及简介 19
4.2系统PCB图 20
4.3系统硬件调试 21
4.4检测结果及分析 22
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
附录C 32
1 绪论
1.1 课题背景及其意义
由于渔业科技的持续发展，渔业占我国经济总量的比例越来越高。2015年，全国鱼类总产量达42160.55万吨，并且继续保持稳定增长趋势，鱼肉及鱼制品生产形势良好，
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26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
附录C 32
1 绪论
1.1 课题背景及其意义
由于渔业科技的持续发展，渔业占我国经济总量的比例越来越高。2015年，全国鱼类总产量达42160.55万吨，并且继续保持稳定增长趋势，鱼肉及鱼制品生产形势良好，海洋捕捞总体稳定，渔业综合实力逐步增强，全年全国渔业实现增值4652多亿元。我国幅员辽阔，拥有较长的海岸线，渔业发展前景可观，因此，渔业的地位会日益提升。
近年来，人们生活水平日益提高，人们的饮食也得到大幅度改善，鱼肉及鱼制品因其味道鲜美可口，并且营养价值丰富，易于人体吸收，从而得到了广大消费者的青睐。但鱼肉及其制品不易保存，容易腐败变质，误食会严重危害人体健康[1]。近来，人们对食品安全问题高度关注，因此，鱼制品在生产及消费的过程中一定要时刻关注其安全问题。
对肉制品来说，新鲜度是一项重要指标，尤其对于鱼肉这种水产品，对其品质的检测有着重要意义。在自身酶的作用下，鱼肉会发生各种反应，使其快速分解变质[ 2]。由于鱼肉含水量较大，肌肉纤维较短，各组织成分脆弱，鱼肉比其他肉类更易变质[ 3]。当外界环境急剧改变时，鱼肉的变质程度会大大加深。而变质后的不良气味则是由氮硫化合物造成的。因此，时刻关注鱼肉的新鲜度不仅关系到每个人的自身利益，也对整个渔业的发展产生积极地影响与价值。
进入新世纪以来，人们对于电子鼻的研究日益成熟。许多知名人士和先进机构都对关键的气敏传感器有着深入研究。电子鼻由各种气敏传感器以及相应算法组成，对不同的气味有着很强的辨识能力。一个完善的电子鼻系统，不仅可以帮助我们来分析与检测气体组成，更能为我们的生产及生活提供帮助[4]。
自然界中动物的嗅觉是电子鼻系统设计的思想源泉。正是运用这种思想，电子鼻可以对被测物进行分析和辨识，以此达到新鲜度的测试目的[5]。本次电子鼻设计广泛融合了多门学科技术，充分利用各学科的优越性，以其操作便捷、成本低、可重复性好，以及便于大规模商品化生产等优点而得到广泛好评。
终上所述，电子鼻技术的产生能够为鱼类的生产、储藏以及人们的生活带来巨大帮助。电子鼻检测系统具有宝贵的进步意义，并会在以后的各个环节中承担起更加重要的任务。
1.2 常用的新鲜度检测方法
1.感官评价法
人们通过自身嗅觉、视觉和触觉，直接对鱼肉的色泽以及气味进行综合分析，最终得到对鱼类新鲜度的判断。此方法能够快速，便捷的检测鱼类新鲜度，但此方法容易受到个人因素的影响，使得测试结果不具备可靠性。
2.化学检测及微生物法
化学检测及微生物法主要是通过测量鱼类挥发出来的含氮和胺类物质，分析其组成及各成分含量，最终得到鱼类新鲜度的各项指标，从而研究鱼类新鲜度[6]。此类方法检测结果客观准确，重复性高，可操作性高，但需要专业的技术支持，操作繁琐冗杂，不适合鱼类新鲜度的快速检测。
3.现代仪器法
现代仪器法的测试结果客观可靠，但需要对检测样本进行复杂的预处理，检测时间相对较长，并且仪器昂贵，不适合于大规模商品化生产，也不能用于日常生活中对新鲜度的快速检测。
4.生物传感器法
生物传感器法通过检测各种酶电极所发出的信号的差异，从而得到各种成分含量，近而得到新鲜度的值。此方法能够快速，便捷的检测鱼类新鲜度，且检测结果可靠，但设备的制造成本较高，且保存难度较大，不适合于全面推广使用。
5.质谱仪检测法
质谱仪是用于测定鱼肉的弹性的装置，鱼肉弹性的检测评定对于鱼肉的新鲜度有直接的关系，而鱼肉在腐败过程中其弹性会发生相应变化。该方法快速、简便，但对于鱼体本身造成一定的破坏，且需相应的仪器与操作人员。
6.近红外光谱技术
近红外光谱技术是通过分析鱼肉中富含的蛋白质、水和脂肪对近红外光的选择性吸收和吸收强度来实现的对鱼类新鲜度的检测，具有便捷、准确、重复性好等特点，但成本较高，不能推广使用。
7.电子鼻检测法
电子鼻是一门新兴科技产物，并且发挥着日益重要的作用。电子鼻是由多个模块组合在一起的精密装置，主要包括传感器阵列及数据采集与分析模块等，对气味有很高的分辨度[7]。此方法简单便捷，成本低，检测结果可靠，适合于大规模推广，具有良好的发展趋势。
1.3 国内外研究现状及发展趋势
电子鼻的研究历史悠久，并且在很多领域发挥着重要作用。它建立了一个公平客观的评价机制，相较于感官评价法更为便捷、稳定。普遍应用于肉类、酒精、瓜果、蔬菜等各个方面的检测，通过对被检测物所产生的挥发性气体进行辨别，进而达到评测其品质及腐败程度的目的。随着科技的不断进步，电子鼻除了用于评测各类食物的品质外，也逐渐应用于环境保护领域，例如：空气中的有害气体含量的检测；此外，通过特殊处理的电子鼻能够应用在高酸碱度等人类不易直接接触领域的检测；而在医学诊断中，通过对被检测者呼吸的气体进行检测，电子鼻可以准确显示出其病情的发展；世界各地都在加紧对电子鼻的研究，在很多领域我们都可以发现电子鼻的身影。无论是在科研生产中，还是在人们的日常生活中，电子鼻都扮演者关键性作用。早在六七十年前，一些发达地区已经研制出较为简单的电子鼻，这些电子鼻主要应用于工业生产中危险气体的检测以及人们日常生活中的易燃易爆气体的监控，并且，取得了很大成功[8]。
在国外，对电子鼻的研究历史悠久，而且电子鼻的更新速度也十分迅猛，尤其一些西方发达国家。许多知名人士和先进机构都对关键的气敏传感器有着深入研究。日本研究人员研发出一种简易高效电子鼻系统，该系统能够应用于采矿发掘过程中的气体监视，能准确检测出气体组成的变化情况，及时检测出气体泄漏等危险状况[9]；Blixt利用功能更加完善的电子鼻系统来实时监测羊肉的变质过程，详细分析出各
1 绪论 1
1.1 课题背景及其意义 1
1.2 常用的新鲜度检测方法 2
1.3 国内外研究现状及发展趋势 3
1.4 课题研究的主要内容 4
2 电子鼻系统的总体设计 5
2.1电子鼻的工作原理 5
2.2 系统总体结构 7
3 硬件系统设计 9
3.1 气敏传感器阵列 9
3.2 信号调理模块 10
3.3 STC核心处理器模块 11
3.4 AD转换模块 13
3.5 电源模块 15
3.6 按键电路 15
3.7 LED显示电路 16
3.8 RS-232串行通信模块 17
3.9报警模块 18
4 实验调试与结果分析 19
4.1硬件实物图及简介 19
4.2系统PCB图 20
4.3系统硬件调试 21
4.4检测结果及分析 22
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
附录C 32
1 绪论
1.1 课题背景及其意义
由于渔业科技的持续发展，渔业占我国经济总量的比例越来越高。2015年，全国鱼类总产量达42160.55万吨，并且继续保持稳定增长趋势，鱼肉及鱼制品生产形势良好，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 30
附录B 31
附录C 32
1 绪论
1.1 课题背景及其意义
由于渔业科技的持续发展，渔业占我国经济总量的比例越来越高。2015年，全国鱼类总产量达42160.55万吨，并且继续保持稳定增长趋势，鱼肉及鱼制品生产形势良好，海洋捕捞总体稳定，渔业综合实力逐步增强，全年全国渔业实现增值4652多亿元。我国幅员辽阔，拥有较长的海岸线，渔业发展前景可观，因此，渔业的地位会日益提升。
近年来，人们生活水平日益提高，人们的饮食也得到大幅度改善，鱼肉及鱼制品因其味道鲜美可口，并且营养价值丰富，易于人体吸收，从而得到了广大消费者的青睐。但鱼肉及其制品不易保存，容易腐败变质，误食会严重危害人体健康[1]。近来，人们对食品安全问题高度关注，因此，鱼制品在生产及消费的过程中一定要时刻关注其安全问题。
对肉制品来说，新鲜度是一项重要指标，尤其对于鱼肉这种水产品，对其品质的检测有着重要意义。在自身酶的作用下，鱼肉会发生各种反应，使其快速分解变质[ 2]。由于鱼肉含水量较大，肌肉纤维较短，各组织成分脆弱，鱼肉比其他肉类更易变质[ 3]。当外界环境急剧改变时，鱼肉的变质程度会大大加深。而变质后的不良气味则是由氮硫化合物造成的。因此，时刻关注鱼肉的新鲜度不仅关系到每个人的自身利益，也对整个渔业的发展产生积极地影响与价值。
进入新世纪以来，人们对于电子鼻的研究日益成熟。许多知名人士和先进机构都对关键的气敏传感器有着深入研究。电子鼻由各种气敏传感器以及相应算法组成，对不同的气味有着很强的辨识能力。一个完善的电子鼻系统，不仅可以帮助我们来分析与检测气体组成，更能为我们的生产及生活提供帮助[4]。
自然界中动物的嗅觉是电子鼻系统设计的思想源泉。正是运用这种思想，电子鼻可以对被测物进行分析和辨识，以此达到新鲜度的测试目的[5]。本次电子鼻设计广泛融合了多门学科技术，充分利用各学科的优越性，以其操作便捷、成本低、可重复性好，以及便于大规模商品化生产等优点而得到广泛好评。
终上所述，电子鼻技术的产生能够为鱼类的生产、储藏以及人们的生活带来巨大帮助。电子鼻检测系统具有宝贵的进步意义，并会在以后的各个环节中承担起更加重要的任务。
1.2 常用的新鲜度检测方法
1.感官评价法
人们通过自身嗅觉、视觉和触觉，直接对鱼肉的色泽以及气味进行综合分析，最终得到对鱼类新鲜度的判断。此方法能够快速，便捷的检测鱼类新鲜度，但此方法容易受到个人因素的影响，使得测试结果不具备可靠性。
2.化学检测及微生物法
化学检测及微生物法主要是通过测量鱼类挥发出来的含氮和胺类物质，分析其组成及各成分含量，最终得到鱼类新鲜度的各项指标，从而研究鱼类新鲜度[6]。此类方法检测结果客观准确，重复性高，可操作性高，但需要专业的技术支持，操作繁琐冗杂，不适合鱼类新鲜度的快速检测。
3.现代仪器法
现代仪器法的测试结果客观可靠，但需要对检测样本进行复杂的预处理，检测时间相对较长，并且仪器昂贵，不适合于大规模商品化生产，也不能用于日常生活中对新鲜度的快速检测。
4.生物传感器法
生物传感器法通过检测各种酶电极所发出的信号的差异，从而得到各种成分含量，近而得到新鲜度的值。此方法能够快速，便捷的检测鱼类新鲜度，且检测结果可靠，但设备的制造成本较高，且保存难度较大，不适合于全面推广使用。
5.质谱仪检测法
质谱仪是用于测定鱼肉的弹性的装置，鱼肉弹性的检测评定对于鱼肉的新鲜度有直接的关系，而鱼肉在腐败过程中其弹性会发生相应变化。该方法快速、简便，但对于鱼体本身造成一定的破坏，且需相应的仪器与操作人员。
6.近红外光谱技术
近红外光谱技术是通过分析鱼肉中富含的蛋白质、水和脂肪对近红外光的选择性吸收和吸收强度来实现的对鱼类新鲜度的检测，具有便捷、准确、重复性好等特点，但成本较高，不能推广使用。
7.电子鼻检测法
电子鼻是一门新兴科技产物，并且发挥着日益重要的作用。电子鼻是由多个模块组合在一起的精密装置，主要包括传感器阵列及数据采集与分析模块等，对气味有很高的分辨度[7]。此方法简单便捷，成本低，检测结果可靠，适合于大规模推广，具有良好的发展趋势。
1.3 国内外研究现状及发展趋势
电子鼻的研究历史悠久，并且在很多领域发挥着重要作用。它建立了一个公平客观的评价机制，相较于感官评价法更为便捷、稳定。普遍应用于肉类、酒精、瓜果、蔬菜等各个方面的检测，通过对被检测物所产生的挥发性气体进行辨别，进而达到评测其品质及腐败程度的目的。随着科技的不断进步，电子鼻除了用于评测各类食物的品质外，也逐渐应用于环境保护领域，例如：空气中的有害气体含量的检测；此外，通过特殊处理的电子鼻能够应用在高酸碱度等人类不易直接接触领域的检测；而在医学诊断中，通过对被检测者呼吸的气体进行检测，电子鼻可以准确显示出其病情的发展；世界各地都在加紧对电子鼻的研究，在很多领域我们都可以发现电子鼻的身影。无论是在科研生产中，还是在人们的日常生活中，电子鼻都扮演者关键性作用。早在六七十年前，一些发达地区已经研制出较为简单的电子鼻，这些电子鼻主要应用于工业生产中危险气体的检测以及人们日常生活中的易燃易爆气体的监控，并且，取得了很大成功[8]。
在国外，对电子鼻的研究历史悠久，而且电子鼻的更新速度也十分迅猛，尤其一些西方发达国家。许多知名人士和先进机构都对关键的气敏传感器有着深入研究。日本研究人员研发出一种简易高效电子鼻系统，该系统能够应用于采矿发掘过程中的气体监视，能准确检测出气体组成的变化情况，及时检测出气体泄漏等危险状况[9]；Blixt利用功能更加完善的电子鼻系统来实时监测羊肉的变质过程，详细分析出各
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