CN104019902B - 家用试纸阅读器装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家用试纸阅读器装置及其检测方法，其中该装置包括密封检测空间，该密封检测空间上设有活动窗口，其内设有步进电机，该步进电机上设有用于放置被测试纸的托盘，托盘上方设有凸透镜，凸透镜上方设置颜色传感器，在托盘上方还设有辅助光源；该装置还包括微处理器，与步进电机连接；在托盘上设有触点，托盘上方还设有与微处理器连接的感应触点；该装置还设有数据存储器，与微处理器连接；该密封检测空间外设有液晶显示器和按键，均与微处理器连接。本发明可以自动显示检测结果，可避免人工读取过程中人为因素的影响。

Description

家用试纸阅读器装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及不同试纸的自动检测，尤其涉及一种家用试纸阅读器装置及其检测方法。

背景技术

随着生化检测技术的发展，试纸检测的范围越来越广，除科研院所、高校、以及医学检测外，越来越多的试纸检测方法进入了千家万户，如自来水的检测(PH值、重金属含量)、农药残留检测、家居环境检测(甲醛检测)、人体生化指标检测(早孕、血糖)；由于试纸种类众多、检测方法各异，给检测带来了不便，同时考虑到色盲患者、老年人的视觉障碍等，试纸对比测量存在较大的人为误差。

随着颜色科学理论与检测技术的发展，颜色信息的测量与处理在工业自动化应用越来越广泛，主要体现在质量控制、分类识别等方面。颜色测量主要有分光光度计和光电色度计，两者的测量原理不同。分光光度计通过测量反射光的光谱计算颜色值，其精度高但成本也过高，光电色度计是模拟人眼的颜色感知过程，进行的颜色测量，其结果简单、成本低，如CCD成像技术和颜色传感器，通过颜色计算与颜色识别，依据色差最小原则，获得接近人体视觉感受。利用颜色传感器将试纸颜色采集，并进行色度计算，与标准试纸进行比对，获得测量结果，具有快速、简单的优点。

发明内容

本发明的目的在于，实现不同种类试纸测试结果的显示、保存，提供一种家用万能试纸阅读器的检测方法与装置，克服传统试纸测试阅读的不便。

本发明实现其目的所采用的技术方案是：

提供一种家用试纸阅读器装置，该装置包括密封检测空间，该密封检测空间上设有活动窗口，其内设有步进电机，该步进电机上设有用于放置被测试纸的托盘，托盘上方设有凸透镜，凸透镜上方设置颜色传感器，在托盘上方还设有辅助光源；该装置还包括微处理器，与步进电机连接；在托盘上设有触点，托盘上方还设有与微处理器连接的感应触点；该装置还设有数据存储器，与微处理器连接；

该密封检测空间外设有液晶显示器和按键，均与微处理器连接。

本发明所述的装置中，该密封检测空间外还设有温湿度传感器，与微处理器连接。

本发明所述的装置中，该活动窗口为翻盖窗口。

本发明所述的装置中，该微处理器上还设有无线通信模块，上位机或终端通过该无线通信模块与微处理器连接。

本发明所述的装置中，该装置还设有USB接口和外置键盘。

本发明还提供一种基于上述装置的试纸检测方法，包括以下步骤：

白平衡检测；

通过按键选择待测试纸类别，微处理器发出控制指令，驱动步进电机运行，带动托盘移动伸出密封检测空间，步进电机移动至托盘上方的感应触点；

将被测试纸置于托盘上，通过按键操作，微处理器驱动步进电机，将托盘移入密封检测空间内；

启动辅助光源，被测试纸上的反射光线经过凸透镜聚焦，进入颜色传感器，输出RGB三色对应的频率信号，微处理器分别采集RGB对应的频率值，经过运算，转换为HSV彩色模型，计算对应的色调值h，将h值与存储在数据库中对应种类的标准试纸数据对比，得到被测试纸的测量值；

将被测试纸的测量值在液晶显示器上显示。

本发明所述的方法中，将被测试纸的测量值通过无线通信接口传输至上位机或者终端处理。

本发明所述的方法中，还包括步骤：

通过按键选择扩展模式，输入新的标准试纸的名称，读取该标准试纸的所有分级，进行颜色空间的变换，将RGB转换为HSV颜色空间，确定标准试纸的色调确定判决区门限，并输入对应的测试结果，存储于标准试纸数据库中。

本发明所述的方法中，在待机时，通过液晶显示器显示时间、温度和湿度。

使用本发明具有以下有益效果：本发明中通过颜色传感器采集被测试纸颜色，通过与存储的标准试纸数据比对，获得被测试纸的测试结果，克服了试纸测量存在的人为误差，所测数据可显示和存储。

进一步地,试纸测试种类可以通过现场或远程升级扩展，采用大屏幕显示，特别适用于色盲患者、视觉障碍的老年人等使用，该装置还具有时钟日历、室内温湿度显示功能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例家用万能试纸阅读器装置结构图；

图2是本发明实施例托盘位置检测电路原理图；

图3是本发明实施例颜色传感器与温湿度检测电路原理图；

图4是本发明实施例USB接口充电电路原理图；

图5是本发明实施例家用万能试纸阅读器装置外观结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的家用万能试纸阅读器装置，如图1所示，包括密封检测空间1，该密封检测空间1上设有活动窗口，其内设有步进电机6，该步进电机6上设有用于放置被测试纸的托盘16，托盘16上方设有凸透镜3，凸透镜3上方设置颜色传感器2，在托盘16上方还设有辅助光源4；该装置还包括微处理器7，与步进电机6连接；在托盘16上设有触点15，该触电15可设置在托盘16侧面，托盘16上方还设有与微处理器7连接的感应触点14；该装置还设有数据存储器10，与微处理器7连接；

该密封检测空间1外设有液晶显示器9和按键，均与微处理器7连接。

本发明实施例中，如图1所示，将颜色传感器2、凸透镜3、辅助光源4、被测试纸5、托盘16、步进电机6、微处理器7、数据存储器10和无线通信模块11内置于密封检测空间1内，可克服环境光线的影响，按键和液晶显示器9置于外部，方便操作。

本发明的一个实施例中，活动窗口可设为翻盖窗口。

进一步地，该装置还设有USB接口和键盘8。该USB接口可以用于装置的充电。通过外置的键盘8可以再扩展时，输入试纸的名称。

该装置通过微处理器7可控制步进电机6移动托盘16进出密封检测空间1，方便放置或取走被测试纸5；辅助光源4用于均匀照射被测试纸5，其反射光线经过凸透镜3集中于颜色传感器2，获得试纸颜色参数(RGB)；微处理器7经过处理，进行颜色空间的变换，直接将RGB转换为HSV颜色空间，依据标准试纸的色调确定判决区门限，进行比对获得被测试纸的测试结果。

无线通信模块与上位机通信，可以将被测试纸的测试结构通过无线通信方式传输给上位机存储保存，以及将扩展的新的标准试纸测试数据通过无线通信方式传输给该检测装置，升级检测试纸数据库。

该装置通过微处理器7可控制步进电机6移动托盘16进出密封检测空间1，同时在托盘侧面留有的触点15，便于检测托盘位置，固定托盘移出和移入的最终位置，如图2所示。

该装置的颜色传感器数据经过微处理器7处理，进行颜色空间的变换，直接将RGB转换为HSV颜色空间，依据标准试纸的色调确定判决区门限，进行比对获得被测试纸的测试结构。其运算方法为

颜色传感器采集样本的颜色RGB值(r，g，b)，分别代表颜色的红、绿和蓝值，设max、min分别为r、g、b中的最大值和最小值。

从RGB到HSV颜色空间转换，对应关系为

$s=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}\max =0\\ 1-\frac{\min }{\max },& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

v＝max

RGB模型的颜色值r，g，b均为0～255。依据上式可得到HSV颜色空间，HSV(h,s,v)彩色模型中，h代表色调，s代表饱和度即色彩的纯度，v代表明度，h取值0～360度，为色相角，红色对应于0°，绿色对应于120°，蓝色对应于240°。显然，将RGB模型的颜色值转换为色相角h，可以区分不同的颜色。根据标准试纸测试的RGB颜色值转换为色相角h，并将标准试纸的颜色与试纸结果对应关系转换为色相角h与试纸测试结构对应，并依此划分标准试纸的比较门限，作为被测试纸的比较标准。

本发明的试纸阅读器装置的密封检测空间外还设有温湿度传感器，与微处理器7连接。可采用数字化温湿度传感器，微处理器7通过与温湿度传感器连接的端口采集温湿度信息。温湿度传感器可设置于装置背面，液晶显示器显示试纸测试值，待机时液晶显示器可依次显示日历、时间，以及温度、湿度。

在本发明的较佳实施例中，通过上述装置进行试纸检测时，将被测试纸置于托盘上，测量方法包括以下步骤：

1、在检测前进行白平衡检测，即托盘上底层为白纸，检测其颜色，进行白平衡处理；

2、通过按键选择待测试纸类别，微处理器发出控制指令，驱动步进电机运行，带动托盘移动伸出密封检测空间，步进电机移动至感应触点14，用户将被测试纸置于托盘上，通过按键操作，微处理器驱动步进电机，将托盘移入密封检测空间内；

3、启动辅助光源，被测试纸上的反射光线经过凸透镜聚焦，进入颜色传感器，输出RGB三色对应的频率信号，微处理器分别采集RGB对应的频率值，经过运算，转换为HSV(h,s,v)彩色模型，计算对应的色调值h，将h值与存储在数据库中对应种类的标准试纸数据对比，得到被测试纸的测量值；

4、被测试纸的测量值可以本地显示，或通过无线通信传输至上位机处理。

扩展试纸测量的方法包括以下步骤：

1、在检测前进行白平衡检测，即托盘上底层为白纸，检测其颜色，进行白平衡处理；

2、通过按键选择扩展试纸功能键，通过外置键盘可输入新试纸类别，微处理器发出控制指令，驱动步进电机运行，带动托盘移动伸出密封空间，步进电机移动至触点14，用户将被测标准试纸置于托盘上，通过按键操作，微处理器驱动步进电机，将托盘移入密封空间内；

3、启动辅助光源，被测试纸上的反射光线经过凸透镜聚焦，进入颜色传感器，输出RGB三色对应的频率信号，微处理器分别采集RGB对应的频率值，经过运算，转换为HSV(h，s，v)彩色模型，计算对应的色调值h，存储h值，并输入该标准试纸对应的测量值(如浓度、含量等)；

4、重复测量所有标准试纸，存储对应的测量值；

5、按键提示结束试纸测试，微处理器将依据所测量色调值计算门限，分配对应的标准试纸测量值，并存储于数据存储器中；

6、无线通信单元也可以用于***升级，扩展被测试纸种类。

关键电路与装置实现

1、托盘位置的控制

托盘位置空间通过两个触点位置控制，如图2所示。当步进电机驱动托盘移出至设置位置时，托盘触点接触触点14，信号从1变为0给微处理器的端口p1.7，控制电机停止运行；当步进电机驱动托盘移入至设置位置时，托盘触点接触触点13，信号从1变为0给微处理器的端口p1.6，控制电机停止运行，上拉电阻R1、R2取值为1kΩ。

2、传感器电路

如图3所示，该智能检测装置包含颜色传感器、温湿度传感器，均与微处理器相连接，这里颜色传感器选用TCS230，温湿度传感器选用SHT10，微处理器为MSP430F4270。其中TCS230的端口分配微处理器MSP430F4270的IO口为P6.0～p6.4，SHT10的端口分配微处理器MSP430F4270的IO口为P6.6～p6.6，液晶显示的端口分配微处理器MSP430F4270的IO口为P2.0～p2.7、P5.0～p5.7

3、充电电路

本装置采用可可充电电池供电，充电电路选用LTC4054-4.2V，如图4所示，将USB输入的5V电压转为4.2V电压，并通过二极管降压，得到3.0V～3.6V电压，供***工作。

4、外观结构图

本发明的外观结构图如图5所示，即可以悬挂、也可以置于桌面上。面板上端为液晶显示，下部为按键操作区，侧面为托盘出入端口，也可以在面板下方开设翻盖窗口，直接置入被测试纸。温湿度传感器置于背面，液晶显示试纸测试值，待机时依次显示日历、时间，以及温度、湿度。待机时处于低功耗模式，工作电源为可充电电池供电。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种家用试纸阅读器装置，其特征在于，该装置包括密封检测空间，该密封检测空间上设有活动窗口，其内设有步进电机，该步进电机上设有用于放置被测试纸的托盘，托盘上方设有凸透镜，凸透镜上方设置颜色传感器，在托盘上方还设有辅助光源；该装置还包括微处理器，与步进电机连接；在托盘上设有触点，托盘上方还设有与微处理器连接的感应触点；该装置还设有数据存储器，与微处理器连接；

该密封检测空间外设有液晶显示器和按键，均与微处理器连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该密封检测空间外还设有温湿度传感器，与微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该活动窗口为翻盖窗口。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是在于，该微处理器上还设有无线通信模块，上位机或终端通过该无线通信模块与微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是在于，该装置还设有USB接口和外置键盘。

6.一种基于权利要求1的试纸检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

白平衡检测；

通过按键选择待测试纸类别，微处理器发出控制指令，驱动步进电机运行，带动托盘移动伸出密封检测空间，步进电机移动至托盘上方的感应触点；

将被测试纸置于托盘上，通过按键操作，微处理器驱动步进电机，将托盘移入密封检测空间内；

启动辅助光源，被测试纸上的反射光线经过凸透镜聚焦，进入颜色传感器，输出RGB三色对应的频率信号，微处理器分别采集RGB对应的频率值，经过运算，转换为HSV彩色模型，计算对应的色调值h，将h值与存储在数据库中对应种类的标准试纸数据对比，得到被测试纸的测量值；

将被测试纸的测量值在液晶显示器上显示。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将被测试纸的测量值通过无线通信接口传输至上位机或者终端处理。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

通过按键选择扩展模式，输入新的标准试纸的名称，读取该标准试纸的所有分级，进行颜色空间的变换，将RGB转换为HSV颜色空间，确定标准试纸的色调确定判决区门限，并输入对应的测试结果，存储于标准试纸数据库中。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在待机时，通过液晶显示器显示时间、温度和湿度。