基于神经网络的LAPS电子舌算法研究与实现

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电子舌是近十年来兴起的一项人工智能技术,采用电子舌对味觉进行识别具有快速、准确、智能的特点,适合于许多领域的使用,因而受到广泛重视。模式识别系统能够降低对传感器性能的要求,提高电子舌的识别准确率,是电子舌的关键组成单元之一。  在定性识别部分,首先使用主元分析法提取原始数据的特征,降低数据的复杂度,然后对提取的特征进行归一化处理。为了使神经网络能够满足味觉识别的要求,对 BP网络结构进行了详细设计,并在深入研究BP算法的基础上,将误差因子引入到网络的训练参数中,获得了更快的训练速度。在MATLAB平台下实现了该算法,并用采集到的样本进行验证,取得了良好效果。在定量识别部分,通过对浓度响应曲线的单调特性和可识别性进行深入分析,提出了一种基于分段线性逼近实际曲线原理的浓度识别方法,并设计了一种具有两级神经网络的结构实现了该方法。其中一级神经网络用于获取味觉的类别信息和粗略浓度值,二级神经网络在浓度的粗略值基础上对浓度进行精确识别。通过大量测试样本对所提出的浓度识别方法的准确性进行验证,计算并分析了其识别误差,验证效果良好。  论文在FPGA硬件实现阶段,运用模块化思想将识别算法分解成多个功能模块,对每个模块进行单独实现,采用控制-执行的方式使所有模块有序运行,增强了设计的稳定性与可靠性,也使得调试更加方便。此外,为了提高计算精度和降低资源消耗,使用了DSP、RAM等常用的FPGA内嵌硬核来实现算法中较复杂的数学运算。  最后,论文还完成了FPGA与其他电子舌硬件系统的通信连接,以及味觉识别结果的液晶屏显示。所实现的味觉识别系统能够与前端其他硬件很好的协同工作,构成了完整的LAPS电子舌系统。
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