CN102435555A - 多光谱水质分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多光谱水质分析仪，包括水质检测部分、水质分析部分以及电源模块，水质检测部分包括暗箱，位于暗箱内的光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器，光源发生装置发出白光照过待测液体，将液体的颜色投到色彩传感器上；水质分析部分包括中央处理器模块，与其相接的液晶显示模块、时钟模块、手持按键模块以及存储模块，中央处理器模块与色彩传感器相接，接收色彩传感器检测的色谱值，并与实验数据库数据对比，将结果显示在液晶屏上。光源发生装置通过白色光照过液体，将液体的颜色投到色彩传感器上，水质分析部分通过数据的采集以及对数据的处理，将其转化为水质的参数，通过检测反射过去的色谱值判断试剂中化合物的含量值，不仅设备占用空间小，仪器少，测定抗干扰能力好，成本较低，测定仪计量精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种多光谱新型水质分析仪，特别涉及一种基于MSP430的多光谱的新型水质分析仪。
背景技术
目前，水产养殖行业的水质检测大多采用化学分析和目测的检测方式，操作繁琐，测量精度低，测量单一，便携性能较差，而且容易化学试剂造成二次污染。传统的水产养殖的水质检测工作主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室检测存在监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷，难以满足政府和企业进行有效水环境管理的需求。
养殖业大量推广应用的水体化合物分析仪很少。市场中的国外产品占有一定的分额，但由于价格昂贵，用户也仅仅停留在科研部门等国家企事业单位，广大的养殖户可望而不可及，但是该水体化合物分析仪可以实现到室外现场进行测试，其操作简便、高效、样品用量少及一次性分析大批量水样的功能，方便更多水产养殖的用户接收并通过增加此类仪器的使用，科学养殖，提高养殖厂经济效益。
虽然现在目前公开的专利中出现一些单一或是多参数的水质分析仪器，但是即使是多参数的测量仪器，也没有专一的检测氨氮和亚硝酸盐含量的水质检测设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式多参数水质分析仪。其首先设计了一个可以将白色光源、待测水样、色彩传感器科学、合理布局的一个微型水体化合物样品颜色采集装置，如附图3。然后设计了基于MSP430单片机的硬件电路及软件系统，实现了对养殖业水质智能化的水质分析、检测。其对使用者没有专业要求，任何人只需阅读简单的说明书即可使用，重量只有600克左右，携带方便。其测量精度与需要专业人员在实验室操作使用的分光光度计相同。
本发明的技术方案为：一种多光谱水质分析仪，所述的多光谱水质分析仪包括水质检测部分、与水质检测部分相接的水质分析部分以及电源模块，所述的水质检测部分包括暗箱，位于暗箱内的光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器，光源发生装置发出白光照过待测液体，将液体的颜色投到色彩传感器上；所述的水质分析部分包括中央处理器模块，与其相接的液晶显示模块、时钟模块、手持按键模块以及存储模块，中央处理器模块与色彩传感器相接，接收色彩传感器检测的色谱值，并与实验数据库数据对比，将结果显示在液晶屏上。
优选的是：所述的中央处理模块为MSP430单片机处理器。
优选的是：所述的色彩传感器为RGB色彩传感器。
优选的是：所述的液晶显示装置为128×64点阵的汉字图形液晶屏。
优选的是：所述的手持按键模块采用点触式按键，包括五个按键：向上、向下、后退、确定、存储。
优选的是：所述的时钟模块采用DS1320作为时钟电路。
优选的是：所述的存储模块为SD卡存储模块。
优选的是：所述的电源模块采用锂电池转接AMS117系列稳压器作为电源。
优选的是：所述的电源模块配备有充电装置。
本发明的有益效果为：首先研究了一套基于光谱理论和色彩传感器的全新的水体化合物测量装备。本发明的水质检测部分的光源发生装置通过白色光照过液体，将液体的颜色投到色彩传感器上，水质分析部分通过数据的采集以及对数据的处理，将其转化为水质的参数，通过检测反射过去的色谱值判断试剂中化合物的含量值，不仅设备占用空间小，仪器少，测定抗干扰能力好，成本较低，测定仪计量精度较高。MSP430F2618单片机处理器可以对采集的信息进行处理，包括整个电路的运行过程，颜色数据的读取，液晶的显示，按键的响应等。运用了集成电路技术，对该电路的结构性能进行了优化，使结构更加简化，性能更加优越。采用128×64点阵的汉字图形液晶，可以显示键盘操做的相关进程信息，较好的实现了人机信息的交换。采用SD卡来存储测试水质参数的相关信息，实现了数据的随时采集及存储。电源模块采用锂电池转接AMS1117系列稳压器作为电源，能够使结构更加简化，提高了便携性能。另外配备了充电装置，可以实现多次使用，较为方便。
附图说明
图1为本发明结构框图
图2为本发明C语言编程流程图
图3为本发明的外观图
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
一种多光谱水质分析仪，所述的多光谱水质分析仪包括水质检测部分、与水质检测部分相接的水质分析部分以及电源模块，所述的水质检测部分包括暗箱，位于暗箱内的光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器，光源发生装置发出白光照过待测液体，将液体的颜色投到色彩传感器上；所述的水质分析部分包括中央处理器模块，与其相接的液晶显示模块、时钟模块、手持按键模块以及存储模块，中央处理器模块与色彩传感器相接，接收色彩传感器检测的色谱值，并与实验数据库数据对比，将结果显示在液晶屏上。
所述的中央处理模块为MSP430F2618单片机处理器，具有较高的性价比、丰富的片内外设。用户可以预先设置好通道顺序及参数，并用序列标志指明序列的结束位置，这一结构可以大大降低采样控制软件的成本。
所述的色彩传感器为RGB色彩传感器，此款传感器可编程彩色光到频率的转换器。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器。输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
所述的液晶显示装置为128×64点阵的汉字图形液晶屏。该模块用来显示传感器采集的信息经过中央控制芯片处理之后转化为水质的参数。而且可以显示键盘操做的相关进程信息，较好的实现了人机信息的交换。
所述的手持按键模块采用点触式按键，包括五个按键：向上、向下、后退、确定、存储。使用较为方便，便于用户操作。
所述的时钟模块采用DS1320作为时钟电路。采用串行且可以关断数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，工作电压宽达2.5-5.5V，采用三线接口与CPU同步通信，并可采用突发方式一次传输多个字节的时钟信号或RAM数据，采用普通32768Khz晶振。时间保存在DS1302自带的RAM中，不需要单独的EEPROM。
所述的存储模块为SD卡存储模块。该模块用来存储测试水质参数的相关信息，实现了 数据的随时采集及存储。
所述的电源模块采用锂电池转接AMS117系列稳压器作为电源。能够使结构更加简化，提高了便携性能，而且由于低功耗，可以实现户外随时检测。另外配备了充电装置，可以实现多次使用，较为方便。
如图2所示，本发明的工作流程如下：首先进行系统的初始化，将系统自检，此时进行液晶屏初始化，然后操作按键，按键以单片机中断模式工作。当调至测量界面时，色彩传感器对数据进行采集，颜色数据时钟数据读取数据。通过MSP430单片机处理器对采集数据的内部处理，参照实验数据库，将结果与水质参数对应之后，显示在液晶屏上。当进行下一次测量时，系统恢复到初始状态，然后再重复执行。
如图1所示，本发明的工作原理如下：通过白色光照过液体，将液体的颜色投到色彩传感器上，检测反射过去的色谱值判断试剂中化合物的含量值。通过RGB彩色传感器识别调配后的化合物的RGB颜色参数，经过MSP430单片机处理器对采集数据的内部处理，参照实验数据库，将结果与水质参数对应之后，显示在液晶屏上，最终实现水体中化合物的含量的测量。
如图3所示，本发明的外形图：该外形上左半部分为色彩传感器部分，为圆柱桶装结构，内部装有待测液体的透明试管，上右半部分主要是液晶显示屏幕，下半部分为手持部分，手持部分有五个按键，即为按键模块里的五个按键。
本发明的优点在于：无需培训，任何地方，任何地点都可以轻松测量；中文液晶显示；不需要其他设备，方便简洁；快速准确，测量结构可靠；体积小，重量轻，携带方便；检测费用低。
本发明的适用范围：水产养殖(工厂化与农业化水产养殖)水体检测；实验室用仪器设备；污水处理水质检测；工农业给排水检测；生活用水检测。
实验证明，本发明具有创新技术，该仪器能够自动完成水样化合物测定显示、存储全过程的检测仪器。该新型水质分析仪结构简单，误差小，测量精确。方便水产养殖的用户使用，让用户做到科学养殖，提高养殖厂经济效益。
Claims (9)
1.一种多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的多光谱水质分析仪包括水质检测部分、与水质检测部分相接的水质分析部分以及电源模块，所述的水质检测部分包括暗箱，位于暗箱内的光源发生装置、待测液体承装容器以及色彩传感器，光源发生装置发出白光照过待测液体，将液体的颜色投到色彩传感器上；所述的水质分析部分包括中央处理器模块，与其相接的液晶显示模块、时钟模块、手持按键模块以及存储模块，中央处理器模块与色彩传感器相接，接收色彩传感器检测的色谱值，并与实验数据库数据对比，将结果显示在液晶屏上。
2.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的中央处理模块为MSP430单片机处理器。
3.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的色彩传感器为RGB色彩传感器。
4.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的液晶显示装置为128×64点阵的汉字图形液晶屏。
5.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的手持按键模块采用点触式按键，包括五个按键：向上、向下、后退、确定、存储。
6.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的时钟模块采用DS1320作为时钟电路。
7.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的存储模块为SD卡存储模块。
8.如权利要求1所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的电源模块采用锂电池转接AMS117系列稳压器作为电源。
9.如权利要求8所述的多光谱水质分析仪，其特征在于：所述的电源模块配备有充电装置。
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