CN110579445A - 化肥生产过程中氮含量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种化肥生产过程中氮含量测量装置，其除了包括单片机、颜色传感器和温度传感器外，还设计有恒定光源模块、透明管道和遮光盒，其中的遮光盒套装在透明管道上，颜色传感器、温度传感器安装在盒体的其中一侧，恒定光源模块安装在盒体的另一侧。使用透明管道供待测液体流过，能实现在线测量；恒定光源模块的光源亮度恒定，能保证测量结果不受电源电压的影响，提高检测精准度；遮光盒可以将外界光线全部遮挡，能保证颜色传感器的测量结果不受外部环境光线的影响，提高检测精度。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种氮含量测量装置，具体而言，涉及一种化肥生产过程中氮含量测量装置。
背景技术
现今化肥生产过程中总氮含量主要以实验室的检测为主。常用的化肥中氮含量的测试方法有几种，其中一种是凯式定氮法，这种方法的检测步骤主要对样品进行消化、蒸馏、滴定等步骤来测定，费时较长，有时甚至需要将样品过夜静置。还有一种采用在取样管中取样，然后再实验室中进行滴定，由NH4+为弱酸(ka＝5.6×10-10)，因此不能采用NaOH标准溶液直接滴定。通常含氮量的测定主要采用强碱蒸氨再用酸吸收后返滴定及加入甲醛后使NH4+酸性强化后直接用NaOH标准溶液滴定的方法，实验室滴定方法每检测一组参数所需4个小时左右。上述的两种传统检测方法检验周期比较长，大大影响了化肥生产的效率，增加了耗能。
内外色度学的相关理论发展很快，颜色识别技术在许多行业中得到了广泛推广，在化肥厂氮含量的测定中，由于加入试剂后，氮的颜色会从无色变成淡蓝色，因此，可以通过检测色值突变的点计算氮的含量。
在“化肥厂氮含量检测智能仪表的硬件设计”，刘红艳，麦艳红，《新型工业化》，2016，6(12)，此一文中提到了基于单片机进行开发，并采用TCS3200颜色传感器做为核心检测元件，对肥料中的总氮含量进行检测，并验证了通过颜色传感器在氮肥滴定过程中颜色改变那一瞬间，通过颜色传感器的变化读出氮的含量是可行的。
在申请号为2017113225134的发明专利申请文件中也公开了一种化肥生产过程中氮含量智能监测装置，该装置包括颜色检测模块、温湿度检测模块、显示模块、控制管理模块、电源模块、存储模块、时钟电路以及复位电路；通过颜色检测模块检测待测试品的颜色信息，再经控制管理模块分析处理获得R、G、B值，从而得到化肥中的氮含量；在进行待测试品颜色检测时采用温湿度检测模块进行温湿度补偿，提高了检测的精度；还通过GPRS通信模块与远程数据中心和手机用户进行远程通讯，以便实时掌握化肥生产过程中氮含量；该发明专利申请认为其公布的氮含量智能监测装置不仅成本低、易操作，而且功耗低，检测准确度高，可以对不同颜色的试品进行有效识别，适于推广。
申请人认为，上述“化肥厂氮含量检测智能仪表的硬件设计”一文仅提供了理论支持，其公开的技术内容有限，属于公开不充分，在实际操作应用中难以完全复制。上述“一种化肥生产过程中氮含量智能监测装置”一文公开的技术内容同样有限，而且也没有考虑到外部光线对颜色检测模块的影响，导致检测误差较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种检测精准的化肥生产过程中氮含量测量装置。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种化肥生产过程中氮含量测量装置，包括单片机，以及分别与单片机耦合的颜色传感器和温度传感器，以及恒定光源模块、透明管道和遮光盒；遮光盒套装在透明管道上，所述颜色传感器、温度传感器安装在盒体的其中一侧，恒定光源模块安装在盒体的另一侧。
此外，本发明还提供如下附属技术方案：
化肥生产过程中氮含量测量装置还包括两个遮光套，该两个遮光套分别套装在透明管道上，遮光盒位于该两个遮光套之间。
遮光盒呈方形，所述颜色传感器和温度传感器所在一侧，以及所述恒定光源模块所在一侧分别设置有遮光台阶。
遮光盒在所述颜色传感器和温度传感器所在一侧设置有颜色传感器安装孔和温度传感器安装孔，在所述恒定光源模块所在一侧设置有供光源穿过的光线通孔。
遮光盒在所述颜色传感器和温度传感器所在一侧设置有穿线通孔。
恒定光源模块包括LED驱动芯片、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电感L1、二极管D1和至少一个发光二极管，LED驱动芯片为LM3410型，电阻R2接在电源与LED驱动芯片的第4脚之间，电容C1接在LED驱动芯片的第5脚，电感L1接在电源与LED驱动芯片的第1脚之间，二极管D1接在LED驱动芯片的第1脚与至少一个发光二极管之间，电阻R1与至少一个发光二极管相互串联，LED驱动芯片的第3脚接在电阻R1与至少一个发光二极管之间，电容C2接在二极管D1与地之间。
单片机的型号为STC15W201S。
颜色传感器的型号为TCS34725。
温度传感器的型号为18B20。
化肥生产过程中氮含量测量装置还包括WIFI模块，该WIFI模块与单片机耦合，用于使远端服务器和单片机进行双向通讯。
相比于现有技术，本发明的化肥生产过程中氮含量测量装置的优势在于：其除了包括单片机、颜色传感器和温度传感器外，还设计有恒定光源模块、透明管道和遮光盒，其中遮光盒套装在透明管道上，颜色传感器、温度传感器安装在盒体的其中一侧，恒定光源模块安装在盒体的另一侧。使用透明管道供待测液体流过，能实现在线测量；恒定光源模块的光源亮度恒定，能保证测量结果不受电源电压的影响，提高检测精准度；遮光盒可以将外界光线全部遮挡，能保证颜色传感器的测量结果不受外部环境光线的影响，提高检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，并非对本发明的限制。
图1是本发明较佳实施例的化肥生产过程中氮含量测量装置的结构框图。
图2是单片机、颜色传感器、温度传感器和WIFI模块的电路图。
图3是恒定光源模块的电路图。
图4是透明管道、遮光盒和两个遮光套的装配图(正面)。
图5是透明管道、遮光盒和两个遮光套的装配图(背面)。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。
见图1，本实施例的化肥生产过程中氮含量测量装置包括单片机、颜色传感器、温度传感器恒定光源模块、、WIFI模块、透明管道、遮光盒(图1未示)和两个遮光套(图1未示)。其中，透明管道用于供待测液体流过，遮光盒用于供安装颜色传感器、温度传感器和恒定光源模块，以及遮光；两个遮光套用于遮光；恒定光源模块往透明管道***入光线，颜色传感器接收到从恒定光源模块发出，并透过透明管道(内部流过待测液体)的光线；单片机与颜色传感器耦合，可以实时检测待测液体的R、G、B值；温度传感器可以实时检测透明管道内待测液体的温度，以对含氮量测量值进行补偿。WIFI模块用于将所测量的结果实时传送到远端服务器上。
再结合图2。单片机U1的型号为STC15W201S，该型号的单片机内置时钟电路和复位电路，抗干扰能力极强，并可以减少***电路。颜色传感器U2的型号为TCS34725，该颜色传感器通过单片机的串口1(P3.0和P3.1)与单片机连接，并实现双向通讯，该颜色传感器能实时采集待测液体的R、G、B颜色值。温度传感器U3的型号为18B20，该温度传感器通过单线总线与单片机通讯，单线总线接到单片机的P1.1，同时该单线总线通过一个10K的电阻R20上拉到5V电源线。WIFI模块U4的型号为ESP8266，该WIFI模块通过单片机的串口2(P3.6和P3.7)与单片机连接，把单片机的串口2(P3.6和P3.7)转成了WIFI接口，该WIFI接口用于连接远端服务器，实现服务器和单片机的双向通讯。
再结合图3。恒定光源模块包括LED驱动芯片U5、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电感L1、二极管D1和三个同型号的发光二极管D2-D4，该三个发光二极管D2-D4采用高亮白色发光二极管，工作电压为2.7V，电流为50mA，并且相互串联。LED驱动芯片为LM3410型，该型号是一款具有内部补偿的525kHz/1.6MHz、恒流升压和SEPIC(单端初级电感转换器)LED驱动芯片，采用DC-DC结构方式，具有电流模式控制和内部补偿，具备包括调光、逐周期电流限制和热击穿功能，拥有2.8A典型开关电流高开关频率，内部采用软启动，通过该芯片驱动的LED光源恒定，能极大地提高测量的准确性。阻值为1K的电阻R2接在电源与LED驱动芯片的第4脚(DIM脚)之间，第4脚用于调节发光强度，电阻R2为1K，该电阻将DIM引脚接到5V，让三个发光二极管D2-D4发出最强的光；容值为10μF的电容C1接在LED驱动芯片的第5脚；感值为15μH、电流值为1.2A的电感L1接在电源与LED驱动芯片的第1脚之间；二极管D1接在LED驱动芯片的第1脚与发光二极管串联电路之间，二极管D1的型号数值是0.4Vf，500mA，30VR；阻值为4Ω的电阻R1与发光二极管串联电路相互串联；LED驱动芯片的第3脚(FB脚)接在电阻R1与发光二极管串联电路之间，第3脚为反馈针脚，将FB连到外部电阻分压器来设定输出电压，电阻R1为4欧，该电阻可以将LED发光管的电流控制为50mA。；容值为2.2μF的电容C2接在二极管D1与地之间。恒定光源模块的输入电压范围可以从2.7V-5.5V，本实施例直接采用单片机端的5V电源电压。
再结合图4和图5。本实施例的化肥生产过程中氮含量测量装置的机械配件包括：透明管道10、遮光盒11和两个遮光套12。透明管道10为中空圆筒长形管道，采用透明材质制成。两个遮光套12均为中空圆筒长形管道，尺寸相同，该两个遮光套12的管径应当比透明管道10大，分别紧密套装在透明管道上，用于将光线遮盖。两个遮光套12采用黑色塑料材质制成，用于提高遮光效果。遮光盒11呈方形，位于该两个遮光套之间，遮光盒11内部的透明管道10无遮挡。遮光盒11的其中一侧(正面)设置有颜色传感器安装孔11a、温度传感器安装孔11b和穿线通孔11c，对侧(背面)设置有供光源穿过的光线通孔11d，在正面和背面的八个角上都设置有用于连接固定电路板的螺纹孔11e。
颜色传感器和温度传感器集成在一块电路板上，该电路板固定安装在遮光盒11的正面。颜色传感器穿过颜色传感器安装孔11a正对透明管道，颜色传感器安装孔11a的孔径设计较大，可以起到聚光的作用。温度传感器穿过温度传感器安装孔11b并紧贴在透明管道上，这样才能准确地测量管道的实时温度。恒定光源模块单独一块电路板，该电路板固定安装在遮光盒11的背面，其5V电源线从正面的穿线通孔11c接入，3只高亮白色发光二极管(D2-D4)通过光线通孔11d将光线投射到透明管道上。
在遮光盒11的正面和背面分别设计一个遮光台阶20，将上述两块电路板安装好了之后，由于有此遮光台阶20，外界的光基本上无法透进里面，从而不会因外界环境的光的变化而对颜色传感器的检测结果造成影响。
工作时，化肥生产过程中流出的待测液体进入透明管道，颜色传感器接收到从恒定光源模块发出，并透过透明管道(内部流过待测液体)的光线。颜色传感器可以实时检测液体的R、G、B值，并实时发送给单片机。温度传感器可以实时检测管内液体的温度，并实时发送给单片机，以对含氮量测量值进行补偿。WIFI模块将所测量的结果实时传送到服务器上。在服务器端可以实时查看多个测量点的实时状态和历史状态。
本实施例的化肥生产过程中氮含量测量装置具有以下优点：
1、能实现在线测量，具有实时、快速的特点。
2、将外界光线全部遮挡，能保证测量结果不受外部环境光线的影响。
3、光源为恒定光源，能保证测量结果不受电源电压的影响。
4、考虑了温度补偿，极大地降低环境温度对测量结果的影响。
5、在服务器端实时查看多个测量点的实时状态和历史状态。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化肥生产过程中氮含量测量装置，包括单片机，以及分别与单片机耦合的颜色传感器和温度传感器，其特征在于：还包括恒定光源模块、透明管道和遮光盒；遮光盒套装在透明管道上，所述颜色传感器、温度传感器安装在盒体的其中一侧，恒定光源模块安装在盒体的另一侧。
2.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：还包括两个遮光套，该两个遮光套分别套装在透明管道上，遮光盒位于该两个遮光套之间。
3.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述遮光盒呈方形，所述颜色传感器和温度传感器所在一侧，以及所述恒定光源模块所在一侧分别设置有遮光台阶。
4.根据权利要求3所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述遮光盒在所述颜色传感器和温度传感器所在一侧设置有颜色传感器安装孔和温度传感器安装孔，在所述恒定光源模块所在一侧设置有供光源穿过的光线通孔。
5.根据权利要求3所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述遮光盒在所述颜色传感器和温度传感器所在一侧设置有穿线通孔。
6.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述恒定光源模块包括LED驱动芯片、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电感L1、二极管D1和至少一个发光二极管，LED驱动芯片为LM3410型，电阻R2接在电源与LED驱动芯片的第4脚之间，电容C1接在LED驱动芯片的第5脚，电感L1接在电源与LED驱动芯片的第1脚之间，二极管D1接在LED驱动芯片的第3脚与至少一个发光二极管之间，电阻R1与至少一个发光二极管相互串联，LED驱动芯片的第1脚接在电阻R1与至少一个发光二极管之间，电容C2接在二极管D1与地之间。
7.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述单片机的型号为STC15W201S。
8.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述颜色传感器的型号为TCS34725。
9.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：所述温度传感器的型号为18B20。
10.根据权利要求1所述的化肥生产过程中氮含量测量装置，其特征在于：还包括WIFI模块，该WIFI模块与单片机耦合，用于使远端服务器和单片机进行双向通讯。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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