基于主元分析的LAPS型电子舌算法研究与实现

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LAPS型电子舌是由光寻址传感器阵列、信号处理模块和模式识别系统组成,能够模拟人的味觉器官,识别单一的或者混合溶液味道的新型智能化化学分析仪器。LAPS型电子舌与传统电子舌相比,具有结构简单、操作方便、检测速度快、灵敏度高、实用等特点。LAPS型电子舌味觉识别能力的好坏很大程度上取决于模式识别系统的数据处理能力。因此,研究应用于LAPS型电子舌系统中的模式识别技术具有十分重要的意义。  论文在分析了LAPS型电子舌架构的基础上,分别在其硬件系统和软件系统方面进行了介绍和说明。通过比较应用于电子舌系统中的模式识别方法,选择了主元分析,并对其理论知识进行了研究,利用拉格朗日算子法对获得主元的过程进行了推导。同时,结合LAPS型电子舌采集到的数据的特点,总结了主元分析应用于味觉特征提取中的方法,并利用MATLAB7.1软件进行编程,提取出了五种基本味道(酸、甜、苦、咸、鲜)的主元,成功的将高维数据转向了二维空间进行分析。通过主元得分图可以清楚的看到五种基本味道在不同浓度时能够被识别。另外,通过比较权向量计算方法,选择了利用最小平方误差方法对主元分析后的数据设计线性判别函数,可以分别得到五种基本味道在不同浓度时的决策面,总体识别率达到91.6%,从而达到了对五种基本味道进行分类的目的。  在改进的递推主元分析的基础上,应用GN1104开发板实现了能够脱离计算机进行识别五种基本味道的识别系统,并通过ISE10.1软件、CCS软件仿真和硬件调试证明了本方法的有效性,为实现LAPS型电子舌向微型、便携方向的发展做出了重要的实践探索。最后,通过200个样本进行测定,得到味觉识别系统对五种基本味道的识别率达88.5%。
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