LabVIEW和电子鼻的淡水鱼新鲜度检测研究[20200121205653]
摘 要
新鲜度是鱼类质量的一个重要指标。鱼类在存储过程中，由于分解作用和污染，特别容易发生腐败变质，都会产生含氮、氨、醇类和含硫等挥发性物质，不当的食用就可能发生食物中毒。所以一个快速、准确的对鱼类新鲜度的检测将有着重要的意义对鱼类的保鲜储藏和深加工，具有很高的应用价值。对其特征性挥发物质的测量可以用来判别鱼的新鲜度和腐败程度。电子鼻测定具有快速、易操作、成本低廉的特点，被公认为是一种快速、可靠、可实现的自动检测，而且是对水产品无任何伤害的新型技术，在水产品新鲜度评价的应用中发展前景可观。
本论文就是以虚拟仪器技术和电子鼻嗅觉技术来研究淡水鱼类的新鲜度。自行编写的淡水鱼电子鼻检测系统是以仿生物学和虚拟仪器技术构建，通过测量不同新鲜度旳鲫鱼的气味数据，进行PCA分析（主成分分析），得到3个主成分代表原始数据进行新鲜度辨别，可以分辨出鱼的新鲜、次新鲜和腐败三个程度。
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关键字:淡水鱼新鲜度电子鼻虚拟仪器PCA
目 录
1 绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3虚拟仪器概述 2
1.3.1虚拟仪器的概念 2
1.3.2虚拟仪器的构成 2
1.3.3虚拟仪器的特点 3
2 电子鼻介绍 5
2.1电子鼻的构成与工作原理 5
2.2 模式识别处理 7
2.2.1主成分分析（PCA） 7
3 数据采集卡 9
3.1数据采集卡简介 9
3.2 NI ELVIS的信号连接 11
4 电子鼻测量系统硬件设计 14
4.1电子鼻的选型 14
4.2电子鼻气味采集检测装置的设计 14
4.3电子鼻测量的硬件电路设计 15
5 电子鼻测量系统的软件设计 19
5.1系统的前面板设计 20
5.2系统的程序框图模块 23
5.2.1数据采集模块 23
5.2.2电子鼻测量系统数据保存模块 24
5.3鱼类新鲜度检测系统整体框图程序 26
6 实验调试和数据分析 30
6.1电子鼻测量系统实验调试 30
6.2实验数据分析 33
总结 37
参考文献 38
致谢 39
1 绪论
1.1研究的目的和意义
我国河湖纵横，淡水鱼类产品资源极为丰富。自九十年代至今，我国的水产业特别是淡水渔业得到了快速发展。在渔业生产上产量的不断增加质量的持续提高促进了生产力更是体现了淡水渔业进入了快速的发展时期。然而鱼肉和其制品是一种不耐于储藏的食品，很容易腐败变质，随意食用就易造成身体不适甚至食物中毒。现代社会人们对饮食健康愈发重视，非典和禽流感更是给人们一个重大教训，食品安全的重要性已被提到前所未有的高度。怎么在面对鱼类产品的时候确保买到新鲜和安全的水产品，除了消费者增加对食品安全辩别的认知还需加强对销售产品的监管加强卫生检验，才能确保食品安全。
新鲜度是鱼类质量的一个重要指标， 鱼类在存储过程中，由于各类细菌或真菌的污染和作用发生变质或者由于自身酶的分解作用引起的酸臭性发酵，都会产生含氮、氨、醇类和含硫等挥发性物质，对人体产生危害，不当的食用就可能发生食物中毒。因此一个快速、准确的鱼类新鲜度检测将有着重要的意义对鱼类的保鲜储藏和深加工，具有很高的价值。
1.2 国内外研究现状
鱼肉新鲜度的检测方法有很多，主要有常规测量方法和近年发展的快速检测方法。随着科技的进步法发展，创新和新技术的应用为新鲜度的检测提供了新方法，快速检测方法主要有酶传感器法、近红外光谱法、电子鼻法等。
N.El Barbria 等利用6 个锡氧化物传感器、微控制器以及便携式电脑组成的电子鼻系统对储藏于4℃的沙丁鱼肉进行新鲜度检测，采用PCA 和SVM 对不同新鲜度的鱼肉进行判别，结果表明此电子鼻系统能够对不同新鲜度的鱼肉进行判别[1]。
Ylva Blixt 采用由10 个金属氧化物场效应传感器（MOSFET）、4 个TGS 系列传感器以及1 个CO2 传感器构成的电子鼻对真空包装牛肉的腐败程度进行了识别研究，将电子鼻中传感器对牛肉的响应信号和牛肉的感官评价进行偏最小二乘回归，并对模型进行验证，决定系数R2达到0.94[2]。
孙钟雷根据猪肉在腐败过程中所散发的气体类型选择了5 个MOS 型传感器，选取不同新鲜度的猪肉样品，同时进行电子鼻测定和挥发性盐基氮测定，利用遗传优化的组合RBF 神经网络作为模式识别方法，对猪肉新鲜度的识别率较好，达到95%[3]。
1.3虚拟仪器概述
1.3.1虚拟仪器的概念
现代计算机技术、通信技术和测量技术的相结合造就了虚拟仪器技术，它是传统仪器观念的一次巨大飞跃，给人们引出了一个重要的发展方向，人类的测试技术随着它的出现进入了一个新的发展纪元。
虚拟仪器是一种功能意义上的仪器。现代计算机技术、通信技术和测量技术的相结合造就了虚拟仪器技术，在基本硬件支持的前提下，利用软件来完成对数据的采集、控制以及数据分析处理和测试结果的显示的技术。虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器” 。本质上也就是模拟现实的应用。它是传统仪器观念的一次巨大飞跃，给人们引出了一个重要的发展方向，人类的测试技术随着它的出现进入了一个新的发展纪元。
1.3.2虚拟仪器的构成
虚拟仪器的基本结构有三部分构成：计算机硬件平台、模块化的I/O接口硬件和虚拟仪器软件，如图1-1所示。
图1-1 虚拟仪器系统的组成框图
1、计算机硬件平台。计算机硬件平台可以是平常使用的计算机，计算机是虚拟仪器的硬件基础。
2、模块化的I/O接口硬件。I/O接口硬件根据不同的标准接口总线转换输入或输出信号，在此基础上组成虚拟仪器测试系统。
3、虚拟仪器的软件。目前虚拟仪器的软件开发平台主要有两种：（1）基于传统C、Visual Basic、Visual C++、Delphi等语言，这类语言具有适应面广、开发灵活的特点。（2）基于图形化的编程软件，LabVIEW、VEE、Snap-Master等。
1.3.3虚拟仪器的特点
虚拟仪器就是在通用计算机和数据采集卡组成的平台上由用户根据自己的需求来定义和设计仪器的测量功能。与传统测量仪器相比，虚拟仪器的设计理念、系统结构和功能定位方面都发生了根本性的变化。概括的说虚拟仪器主要有以下的特点：
（1）软件是虚拟仪器的核心。
（2）虚拟仪器的性价比高。
（3）虚拟仪器缩小了仪器厂商与用户的距离。
（4）扩展性强。
（5）虚拟仪器具有良好的人机界面。
（6）虚拟仪器升级方便。
（7）虚拟仪器能够和其他设备互联。
（8）虚拟仪器的软、硬件都具有开放性、模块化、可重复使用机互换性等特点。
2 电子鼻介绍
2.1电子鼻的构成与工作原理
电子鼻是生物鼻的模仿的一种电子系统，也称人工嗅觉系统。主要按照气味来辨别物质的类别和成分。气体传感器是电子鼻的核心器件。气体传感器根据原理的不同，可以分为很多类型，列如金属氧化物型、质量型、导电聚合物型、电化学型、光离子化型等很多类型。而如今最广泛应用的是金属氧化物型气体传感器。其最早应用是1982 年英国学者Persuad 和Dodd 用3 个SnO2 气体传感器模拟哺乳动物嗅觉系统对戊基醋酸脂、乙醇、乙醚、戊酸、柠檬油、异茉莉酮等有机气体进行类别分析[5]。而随着电子鼻技术的不断发展，跟随着其应用范围也不断的增广。至今，电子鼻已经广泛应用于食品、烟草、医学、环境监测和爆炸物检测等领域。

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