試紙閱讀器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種試紙閱讀器，包括密封檢測空間，該密封檢測空間上設(shè)有活動窗口，其內(nèi)設(shè)有步進電機，該步進電機上設(shè)有用于放置被測試紙的托盤，托盤上方設(shè)有凸透鏡，凸透鏡上方設(shè)置顏色傳感器，在托盤上方還設(shè)有輔助光源；該試紙閱讀器還包括微處理器，與步進電機連接；在托盤上設(shè)有觸點，托盤上方還設(shè)有與微處理器連接的感應(yīng)觸點；該試紙閱讀器還設(shè)有數(shù)據(jù)存儲器，與微處理器連接；該密封檢測空間外設(shè)有液晶顯示器和按鍵，均與微處理器連接。本實用新型可以自動顯示檢測結(jié)果，可避免人工讀取過程中人為因素的影響。
【專利說明】試紙閱讀器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及不同試紙的自動檢測，尤其涉及一種家用試紙閱讀器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著生化檢測技術(shù)的發(fā)展，試紙檢測的范圍越來越廣，除科研院所、高校、以及醫(yī)學(xué)檢測外，越來越多的試紙檢測方法進入了千家萬戶，如自來水的檢測(PH值、重金屬含量)、農(nóng)藥殘留檢測、家居環(huán)境檢測(甲醛檢測)、人體生化指標(biāo)檢測(早孕、血糖)；由于試紙種類眾多、檢測方法各異，給檢測帶來了不便，同時考慮到色盲患者、老年人的視覺障礙等，試紙對比測量存在較大的人為誤差。
[0003]隨著顏色科學(xué)理論與檢測技術(shù)的發(fā)展，顏色信息的測量與處理在工業(yè)自動化應(yīng)用越來越廣泛，主要體現(xiàn)在質(zhì)量控制、分類識別等方面。顏色測量主要有分光光度計和光電色度計，兩者的測量原理不同。分光光度計通過測量反射光的光譜計算顏色值，其精度高但成本也過高，光電色度計是模擬人眼的顏色感知過程，進行的顏色測量，其結(jié)果簡單、成本低，如CCD成像技術(shù)和顏色傳感器，通過顏色計算與顏色識別，依據(jù)色差最小原則，獲得接近人體視覺感受。利用顏色傳感器將試紙顏色采集，并進行色度計算，與標(biāo)準(zhǔn)試紙進行比對，獲得測量結(jié)果，具有快速、簡單的優(yōu)點。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于，實現(xiàn)不同種類試紙測試結(jié)果的顯示、保存，提供一種試紙閱讀器，克服傳統(tǒng)試紙測試閱讀的不便。
[0005]本實用新型實現(xiàn)其目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]提供一種試紙閱讀器，包括密封檢測空間，該密封檢測空間上設(shè)有活動窗口，其內(nèi)設(shè)有步進電機，該步進電機上設(shè)有用于放置被測試紙的托盤，托盤上方設(shè)有凸透鏡，凸透鏡上方設(shè)置顏色傳感器，在托盤上方還設(shè)有輔助光源；該試紙閱讀器還包括微處理器，與步進電機連接；在托盤上設(shè)有觸點，托盤上方還設(shè)有與微處理器連接的感應(yīng)觸點；該試紙閱讀器還設(shè)有數(shù)據(jù)存儲器，與微處理器連接；
[0007]該密封檢測空間外設(shè)有液晶顯示器和按鍵，均與微處理器連接。
[0008]本實用新型所述的閱讀器中，該密封檢測空間外還設(shè)有溫濕度傳感器，與微處理器連接。
[0009]本實用新型所述的閱讀器中，該活動窗口為翻蓋窗口。
[0010]本實用新型所述的閱讀器中，該微處理器上還設(shè)有無線通信模塊，上位機或終端通過該無線通信模塊與微處理器連接。
[0011]本實用新型所述的閱讀器中，該試紙閱讀器還設(shè)有USB接口和外置鍵盤。
[0012]本實用新型還提供一種基于上述試紙閱讀器的試紙檢測方法，包括以下步驟:
[0013]白平衡檢測；
[0014]通過按鍵選擇待測試紙類別，微處理器發(fā)出控制指令，驅(qū)動步進電機運行，帶動托盤移動伸出密封檢測空間，步進電機移動至托盤上方的感應(yīng)觸點；
[0015]將被測試紙置于托盤上，通過按鍵操作，微處理器驅(qū)動步進電機，將托盤移入密封檢測空間內(nèi)；
[0016]啟動輔助光源，被測試紙上的反射光線經(jīng)過凸透鏡聚焦，進入顏色傳感器，輸出RGB三色對應(yīng)的頻率信號，微處理器分別采集RGB對應(yīng)的頻率值，經(jīng)過運算，轉(zhuǎn)換為HSV彩色模型，計算對應(yīng)的色調(diào)值h，將h值與存儲在數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)種類的標(biāo)準(zhǔn)試紙數(shù)據(jù)對比，得到被測試紙的測量值；
[0017]將被測試紙的測量值在液晶顯示器上顯示。
[0018]本實用新型所述的方法中，將被測試紙的測量值通過無線通信接口傳輸至上位機或者終端處理。
[0019]本實用新型所述的方法中，還包括步驟:
[0020]通過按鍵選擇擴展模式，輸入新的標(biāo)準(zhǔn)試紙的名稱，讀取該標(biāo)準(zhǔn)試紙的所有分級，進行顏色空間的變換，將RGB轉(zhuǎn)換為HSV顏色空間，確定標(biāo)準(zhǔn)試紙的色調(diào)確定判決區(qū)門限，并輸入對應(yīng)的測試結(jié)果，存儲于標(biāo)準(zhǔn)試紙數(shù)據(jù)庫中。
[0021]本實用新型所述的方法中，在待機時，通過液晶顯示器顯示時間、溫度和濕度。
[0022]使用本實用新型具有以下有益效果:本實用新型中通過步進機自動將放有被測試紙的托盤推進密封檢測空間，通過感應(yīng)觸點的設(shè)置，可以控制被測試紙的位置，顏色傳感器采集被測試紙顏色，經(jīng)過比對后可以獲得被測試紙的測試結(jié)果，再將測試結(jié)果通過液晶顯示器顯示，特別適用于色盲患者、視覺障礙的老年人等使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0024]圖1是本實用新型實施例試紙閱讀器結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本實用新型實施例托盤位置檢測電路原理圖；
[0026]圖3是本實用新型實施例顏色傳感器與溫濕度檢測電路原理圖；
[0027]圖4是本實用新型實施例USB接口充電電路原理圖；
[0028]圖5是本實用新型實施例試紙閱讀器外觀結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0029]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0030]本實用新型實施例的試紙閱讀器，如圖1所示，包括密封檢測空間1，該密封檢測空間I上設(shè)有活動窗口，其內(nèi)設(shè)有步進電機6，該步進電機6上設(shè)有用于放置被測試紙的托盤16,托盤16上方設(shè)有凸透鏡3,凸透鏡3上方設(shè)置顏色傳感器2,在托盤16上方還設(shè)有輔助光源4 ;該試紙閱讀器還包括微處理器7，與步進電機6連接；在托盤16上設(shè)有觸點15，該觸電15可設(shè)置在托盤16側(cè)面，托盤16上方還設(shè)有與微處理器7連接的感應(yīng)觸點14 ;該試紙閱讀器還設(shè)有數(shù)據(jù)存儲器10，與微處理器7連接；
[0031]該密封檢測空間I外設(shè)有液晶顯示器9和按鍵，均與微處理器7連接。
[0032]本實用新型實施例中，如圖1所示，將顏色傳感器2、凸透鏡3、輔助光源4、被測試紙5、托盤16、步進電機6、微處理器7、數(shù)據(jù)存儲器10和無線通信模塊11內(nèi)置于密封檢測空間I內(nèi)，可克服環(huán)境光線的影響，按鍵和液晶顯示器9置于外部，方便操作。
[0033]本實用新型的一個實施例中，活動窗口可設(shè)為翻蓋窗口。
[0034]進一步地，該試紙閱讀器還設(shè)有USB接口和鍵盤8。該USB接口可以用于試紙閱讀器的充電。通過外置的鍵盤8可以再擴展時，輸入試紙的名稱。
[0035]該試紙閱讀器通過微處理器7可控制步進電機6移動托盤16進出密封檢測空間1，方便放置或取走被測試紙5 ;輔助光源4用于均勻照射被測試紙5，其反射光線經(jīng)過凸透鏡3集中于顏色傳感器2，獲得試紙顏色參數(shù)(RGB);微處理器7經(jīng)過處理，進行顏色空間的變換，直接將RGB轉(zhuǎn)換為HSV顏色空間，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試紙的色調(diào)確定判決區(qū)門限，進行比對獲得被測試紙的測試結(jié)果。
[0036]無線通信模塊與上位機通信，可以將被測試紙的測試結(jié)構(gòu)通過無線通信方式傳輸給上位機存儲保存，以及將擴展的新的標(biāo)準(zhǔn)試紙測試數(shù)據(jù)通過無線通信方式傳輸給該檢測試紙閱讀器，升級檢測試紙數(shù)據(jù)庫。
[0037]該試紙閱讀器通過微處理器7可控制步進電機6移動托盤16進出密封檢測空間1，同時在托盤側(cè)面留有的觸點15，便于檢測托盤位置，固定托盤移出和移入的最終位置，如圖2所示。
[0038]該試紙閱讀器的顏色傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器7處理，進行顏色空間的變換，直接將RGB轉(zhuǎn)換為HSV顏色空間，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試紙的色調(diào)確定判決區(qū)門限，進行比對獲得被測試紙的測試結(jié)構(gòu)。其運算方法為
[0039]顏色傳感器采集樣本的顏色RGB值(r，g，b)，分別代表顏色的紅、綠和藍值，設(shè)max、min分別為r、g、b中的最大值和最小值。
[0040]從RGB到HSV顏色空間轉(zhuǎn)換，對應(yīng)關(guān)系為
[0041]
0°， if max = min

σ — I)0
6() X ——-——:-+ O， if max = r and h < ^
max-min^
b~v。
T _ J 60 X —- + 360 , if mix = r and b > g
n ^ ]max-min
60 X ——-—-——+ 120 , if max = g
max - min'
60° X ——--——+ 240.1f max -h
、max-min

0, if max = 0
[0042]s = \ min ,.1--， otherwise
、 max
[0043]V = max
[0044]RGB模型的顏色值ng，b均為0?255。依據(jù)上式可得到HSV顏色空間，HSV(h，s, v)彩色模型中，h代表色調(diào)，s代表飽和度即色彩的純度，V代表明度，h取值O?360度，為色相角，紅色對應(yīng)于0°，綠色對應(yīng)于120°，藍色對應(yīng)于240°。顯然，將RGB模型的顏色值轉(zhuǎn)換為色相角h，可以區(qū)分不同的顏色。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試紙測試的RGB顏色值轉(zhuǎn)換為色相角h，并將標(biāo)準(zhǔn)試紙的顏色與試紙結(jié)果對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為色相角h與試紙測試結(jié)構(gòu)對應(yīng)，并依此劃分標(biāo)準(zhǔn)試紙的比較門限，作為被測試紙的比較標(biāo)準(zhǔn)。
[0045]本實用新型試紙閱讀器的密封檢測空間外還設(shè)有溫濕度傳感器，與微處理器7連接?？刹捎脭?shù)字化溫濕度傳感器，微處理器7通過與溫濕度傳感器連接的端口采集溫濕度信息。溫濕度傳感器可設(shè)置于試紙閱讀器背面，液晶顯示器顯示試紙測試值，待機時液晶顯不器可依次顯不日歷、時間，以及溫度、濕度。
[0046]在本實用新型的較佳實施例中，通過上述試紙閱讀器進行試紙檢測時，將被測試紙置于托盤上，測量方法包括以下步驟:
[0047]1、在檢測前進行白平衡檢測，即托盤上底層為白紙，檢測其顏色，進行白平衡處理；
[0048]2、通過按鍵選擇待測試紙類別，微處理器發(fā)出控制指令，驅(qū)動步進電機運行，帶動托盤移動伸出密封檢測空間，步進電機移動至感應(yīng)觸點14，用戶將被測試紙置于托盤上，通過按鍵操作，微處理器驅(qū)動步進電機，將托盤移入密封檢測空間內(nèi)；
[0049]3、啟動輔助光源，被測試紙上的反射光線經(jīng)過凸透鏡聚焦，進入顏色傳感器，輸出RGB三色對應(yīng)的頻率信號，微處理器分別采集RGB對應(yīng)的頻率值，經(jīng)過運算，轉(zhuǎn)換為HSV (h，s，v)彩色模型，計算對應(yīng)的色調(diào)值h，將h值與存儲在數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)種類的標(biāo)準(zhǔn)試紙數(shù)據(jù)對比，得到被測試紙的測量值；
[0050]4、被測試紙的測量值可以本地顯示，或通過無線通信傳輸至上位機處理。
[0051]擴展試紙測量的方法包括以下步驟:
[0052]1、在檢測前進行白平衡檢測，即托盤上底層為白紙，檢測其顏色，進行白平衡處理；
[0053]2、通過按鍵選擇擴展試紙功能鍵，通過外置鍵盤可輸入新試紙類別，微處理器發(fā)出控制指令，驅(qū)動步進電機運行，帶動托盤移動伸出密封空間，步進電機移動至觸點14，用戶將被測標(biāo)準(zhǔn)試紙置于托盤上，通過按鍵操作，微處理器驅(qū)動步進電機，將托盤移入密封空間內(nèi)；
[0054]3、啟動輔助光源，被測試紙上的反射光線經(jīng)過凸透鏡聚焦，進入顏色傳感器，輸出RGB三色對應(yīng)的頻率信號，微處理器分別采集RGB對應(yīng)的頻率值，經(jīng)過運算，轉(zhuǎn)換為HSV (h，S，V)彩色模型，計算對應(yīng)的色調(diào)值h，存儲h值，并輸入該標(biāo)準(zhǔn)試紙對應(yīng)的測量值(如濃度、含量等);
[0055]4、重復(fù)測量所有標(biāo)準(zhǔn)試紙，存儲對應(yīng)的測量值；
[0056]5、按鍵提示結(jié)束試紙測試，微處理器將依據(jù)所測量色調(diào)值計算門限，分配對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試紙測量值，并存儲于數(shù)據(jù)存儲器中；
[0057]6、無線通信單元也可以用于系統(tǒng)升級，擴展被測試紙種類。
[0058]關(guān)鍵電路與試紙閱讀器實現(xiàn)
[0059]1、托盤位置的控制
[0060]托盤位置空間通過兩個觸點位置控制，如圖2所示。當(dāng)步進電機驅(qū)動托盤移出至設(shè)置位置時，托盤觸點接觸觸點14，信號從I變?yōu)镺給微處理器的端口 p1.7，控制電機停止運行；當(dāng)步進電機驅(qū)動托盤移入至設(shè)置位置時，托盤觸點接觸觸點13，信號從I變?yōu)镺給微處理器的端口 p1.6，控制電機停止運行，上拉電阻Rl、R2取值為IkQ。
[0061]2、傳感器電路
[0062]如圖3所示，該智能檢測試紙閱讀器包含顏色傳感器、溫濕度傳感器，均與微處理器相連接，這里顏色傳感器選用TCS230，溫濕度傳感器選用SHT10，微處理器為MSP430F4270。其中 TCS230 的端口分配微處理器 MSP430F4270 的 1 口為 P6.0 ?ρ6.4，SHTlO的端口分配微處理器MSP430F4270的1 口為Ρ6.6?ρ6.6，液晶顯示的端口分配微處理器 MSP430F4270 的 1 口為 Ρ2.0 ?ρ2.7、Ρ5.0 ?ρ5.7
[0063]3、充電電路
[0064]本試紙閱讀器采用可充電電池供電，充電電路選用LTC4054-4.2V，如圖4所示，將USB輸入的5V電壓轉(zhuǎn)為4.2V電壓，并通過二極管降壓，得到3.0V?3.6V電壓，供系統(tǒng)工作。
[0065]4、外觀結(jié)構(gòu)圖
[0066]本實用新型的外觀結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，即可以懸掛、也可以置于桌面上。面板上端為液晶顯示，下部為按鍵操作區(qū)，側(cè)面為托盤出入端口，也可以在面板下方開設(shè)翻蓋窗口，直接置入被測試紙。溫濕度傳感器置于背面，液晶顯示試紙測試值，待機時依次顯示日歷、時間，以及溫度、濕度。待機時處于低功耗模式，工作電源為可充電電池供電。
[0067]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種試紙閱讀器，其特征在于，包括密封檢測空間，該密封檢測空間上設(shè)有活動窗口，其內(nèi)設(shè)有步進電機，該步進電機上設(shè)有用于放置被測試紙的托盤，托盤上方設(shè)有凸透鏡，凸透鏡上方設(shè)置顏色傳感器，在托盤上方還設(shè)有輔助光源；該試紙閱讀器還包括微處理器，與步進電機連接；在托盤上設(shè)有觸點，托盤上方還設(shè)有與微處理器連接的感應(yīng)觸點；該試紙閱讀器還設(shè)有數(shù)據(jù)存儲器，與微處理器連接； 該密封檢測空間外設(shè)有液晶顯示器和按鍵，均與微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閱讀器，其特征在于，該密封檢測空間外還設(shè)有溫濕度傳感器，與微處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閱讀器，其特征在于，該活動窗口為翻蓋窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閱讀器，其特征是在于，該微處理器上還設(shè)有無線通信模塊，上位機或終端通過該無線通信模塊與微處理器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閱讀器，其特征是在于，該試紙閱讀器還設(shè)有USB接口和外置鍵盤。
【文檔編號】G01J3/46GK203929231SQ201420321595
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】熊俊俏, 劉海英, 戴璐平, 戴麗萍, 楊曉婧 申請人:武漢工程大學(xué)