CN105699337A - 透光率检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及透光率检测装置，包括：一检测模块，其包括：一光源，用于向一待测溶液提供一入射光并产生一透射光，一光敏电阻传感器，用于感应所述透射光的强度并产生一模拟信号，和一AD转换模块，用于将所述模拟信号转换成一数字信号；一单片机，用于对所述数字信号进行处理并计算所述待测溶液的透光率；一显示模块，用于显示所述透光率的信息；一键盘输入模块，用于向所述单片机输入命令；一报警模块，其包括一蜂鸣器，用于发生报警信号；和一电源模块，用于向所述单片机提供电源。该透光率检测装置采用单片机为核心处理模块，其体积小、检测精度高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及透光率检测技术领域，尤其涉及透光率检测装置。
背景技术
随着工艺技术水准的不断提升，对于各种数据监测的要求也不断提高。温度、比重、浓度、密度、流量等许多相关量值都处于严格的监控之下。对于各种液体材料，溶液浓度的实时检测是必不可少的，浓度控制在产品制造和科学实验过程中是十分严格的。根据相关国家标准，板状、片状、薄膜状的透明物质可以采用积分球式雾度计测定其雾度和透光率，但是这种光学仪器的价格较高。
透光率是一个物理词汇，是表示显示设备等的透过光的效率，是透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。通过对溶液透光率的测量，可以获得溶液的浓度信息。
对于有色溶液，溶质的浓度与透光率密切相关，当溶液中溶质的浓度增加时，溶液的透光率相应地降低；反之，溶液的透光率相应地增高。通过测定溶液的透光率，经过标定和变换，便可以得到该溶液的溶质的浓度，方便快捷。测定透光率有两种简易的方法：光电法和分光光度计法，其优点是不需专门的精密仪器，测试结果完全满足工艺要求，测试数值与相关文献数值相一致。
目前，透光率的检测基本原理是：一束平行光束入射某透明介质（如溶液）时，由于溶液中气泡，溶质和杂质的存在等等因素，光束在通过溶液时会改变扩散方向和偏折方向，产生散射光，同时光线还会产生损失（即被溶液吸收的部分），所以穿过溶液试样的透射光通量（T2）将会小于照射到试样上的入射光通量（T1），则透光率的计算为T=T2/T1。
发明内容
本发明的目的之一是提供透光率检测装置，其体积小、检测精度高、成本低。
本发明的一个方面提供了透光率检测装置，包括：
一检测模块，其包括：
一光源，用于向一待测溶液提供一入射光并产生一透射光，
一光敏电阻传感器，用于感应所述透射光的强度并产生一模拟信号，和
一AD转换模块，用于将所述模拟信号转换成一数字信号；
一单片机，用于对所述数字信号进行处理并计算所述待测溶液的透光率；
一显示模块，用于显示所述透光率的信息；
一键盘输入模块，用于向所述单片机输入命令；
一报警模块，其包括一蜂鸣器，用于发生报警信号；和
一电源模块，用于向所述单片机提供电源。
可选的，还包括：
一晶振电路；和
一上电自动复位电路，用于实现所述单片机的上电复位；
所述检测模块还包括一检测台，用于承载所述待测溶液。
可选的，还包括一检测箱，其包括：
一上箱盖，和
一下箱体，与所述上箱盖相配合形成一密闭空间；
其中，所述检测模块设置于所述密闭空间中，所述显示模块和所述键盘输入模块安装于所述上箱盖。
可选的，所述单片机采用STC89C52RC单片机，所述显示模块采用2.4寸TFT液晶显示屏，所述电源模块采用5V电源，所述AD转换模块采用8位PCF8591芯片，所述键盘输入模块采用4*3矩阵键盘。
可选的，还包括一时钟电路，用于提供时钟脉冲。
可选的，所述时钟电路包括DS1302时钟芯片。
可选的，所述单片机还用于根据所述透光率计算所述待测溶液的浓度，所述待测溶液的浓度与所述透光率成线性反比；所述显示模块还用于显示所述待测溶液的浓度。
该透光率检测装置采用单片机为核心处理模块，其体积小、检测精度高、成本低。
附图说明
下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：
图1是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的结构框图；
图2是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的电路结构示意图；
图3是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的组装结构示意图；
图4是本发明的一个实施例提供的浓度-透光率曲线。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
图1是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的结构框图。图2是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的电路结构示意图。从图1和图2中可以看出，该透光性检测装置包括：
一检测模块10，其包括：
一光源11，用于向一待测溶液12提供一入射光并产生一透射光，
一光敏电阻传感器13，用于感应透射光的强度并产生一模拟信号，和
一AD转换模块14，用于将该模拟信号转换成一数字信号；
一单片机20，用于对该数字信号进行处理并计算待测溶液12的透光率；
一显示模块30，用于显示透光率的信息；
一键盘输入模块40，用于向单片机20输入命令；
一报警模块50，其包括一蜂鸣器51，用于发生报警信号；和
一电源模块60，用于向单片机20提供电源。
从图1和图2中还可以看出，该透光性检测装置还包括：
一晶振电路70；和
一上电自动复位电路80，用于实现单片机20的上电复位。
图3是本发明的一个实施例提供的透光率检测装置的组装结构示意图。结合图1、图2和图3可以看出，该检测模块10还包括一检测台15，用于承载待测溶液12。该待测溶液用一试管（图中未标识）装载，该试管放置于检测台15上。该透光率检测装置还包括一检测箱90。该检测箱90包括：
一上箱盖91，和
一下箱体92，与上箱盖91相配合形成一密闭空间（图中未标识）。
其中，检测模块10设置于密闭空间中，显示模块30和键盘输入模块40安装于上箱盖91。光源11发出的光经过放置于检测台15上的待测液体12并透过该待测液体12产生透射光。该透射光的光通量被光敏电阻传感器13感应并产生一模拟电压信号。该模拟电压信号与该透射光的光强成正比，与透光率成正比。检测模块10检测透光率的结果受到环境光的影响很大。该密闭空间能够隔绝环境光，这样检测模块10整体放置于该密闭空间使得检测的环境噪音大大降低，提高了检测的准确度。
本发明提供的实施例中，采用光敏电阻检测透射强度。光敏电阻的工作原理是通过内光电效应。当有入射光照射时，半导体片（即光敏层）内便激发出许多电子-空穴对，使电阻内的载流子数目增多，导电能力增强，从而使电路中的电流增强；入射光消失以后，由光子激发而在光敏层产生的电子-空穴对将复合，载流子数目减小，电路中的电流减小，恢复到原来的电流值。光敏电阻属于半导体光敏器件，具有灵敏度高、响应速度快、光谱特性及R值一致性好等特点，在高温、潮湿的恶劣工作状况下，还能保持高度的稳定性和可靠性。
AD转换模块14将光敏电阻传感器13产生的模拟电压信号转换成数字信号后传输给单片机20。单片机20根据该数字信号计算得到透射光的光强；进而结合光源的光强计算得到待测溶液12的透光率。可选的，AD转换模块14采用的是8位PCF8591芯片，有4个转换通道，具有I2C总线接口，读写方便，可靠性高。
图1和图2中，该透光率检测装置还包括一时钟电路100，用于为单片机20提供时钟脉冲。可选的，该时钟电路100包括DS1302时钟芯片。DS1302时钟芯片是美国DDALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，可提供秒、分、时、日、星期、月和年，自动调整大小月且具有闰年补偿功能，还具有警报功能和掉电保存功能。
可选的，考虑到单片机的成本和运行的可靠性，单片机20选用STC89C52RC单片机作为核心处理模块，芯片程序存储空间8KB。
可选的，键盘输入模块40采用4*3矩阵键盘。如图2所示，键盘输入模块的按键的一端接地，另一端与单片机的引脚相连。当没有按键按下时，单片机的引脚为高阻态，即为高电平；当按键按下时，引脚的电位被拉低，引脚为低电平，以此来判断按键是否按下。键盘输入模块硬件结构电路简单，驱动程序编写难度较低，可靠性较高，维护方便快捷。
可选的，显示模块30采用2.4寸TFT液晶显示屏。TFT液晶显示屏应用范围较广，可以显示文本、数字、图片等多种信息，画面内容丰富。显示模块30和键盘输入模块40共同构成了人机交互界面，用于人机互动式交流、系统校准及参数设定。
可选的，选择有源蜂鸣器作为报警器件。有源蜂鸣器是集成一体化结构的电子讯响器，理想的工作信号是直流信号，因其内部有简单的振荡电路，可将直流信号转换成一定频率的交变脉冲信号，从而使钼片振动发声。在该透光率检测装置工作过程中，单片机20的输出引脚只需给蜂鸣器51一个持续的高电平，有源蜂鸣器便能持续发声，直到引脚给出低电平，控制过程方便快捷，响应速度非常快。报警模块50采用9012三极管驱动，工作电压3.3V~5V。可选的，该报警模块50还包括一光电二极管（图中未画出），以产生光报警信号。
可选的，电源模块60采用+5V电源。
可选的，单片机20还用于根据透光率计算待测溶液12的浓度，待测溶液12的浓度与透光率成线性反比；显示模块30还用于显示待测溶液12的浓度。待测溶液12的透光率与其浓度在一定范围内有着直接的对应关系。因此，可以通过检测透光率来检测浓度。这样，透光率检测装置自动对待测溶液12进行检测，采集透光率信息，并转化为浓度，然后通过显示屏显示结果。图4是本发明的一个实施例提供的浓度-透光率曲线。由图4中分析可知，在浓度为20%-60%的范围内，待测溶液的浓度与透光率近似为线性反比关系。基于此，单片机按照预先定义好的线性反比函数将透光率转换成浓度，并在显示模块30进行显示。
综上，透光率检测装置的功能分为四个基本功能：输入功能，检测功能，显示功能和报警功能。
输入功能的实现是通过键盘输入模块向单片机输入按键信号，进行参数修改和系统设定等操作，对单片机控制系统实行控制。软件实现是通过对键盘实行周期扫描，检测按键的状态，以此判断是否有按键按下。单片机引脚默认为高电平状态，当按键按下时，按键电路将引脚电平拉低至低电平，输入一个按键信号。
检测功能是通过光敏电阻传感器检测透光率实现的。光敏电阻获取光通量信号，产生一个随着光通量变化的模拟电压信号(电压范围0V~5V),并将模拟信号送入一个8位PCF8591芯片（输出范围0~255）进行A/D转换。8位PCF8591转换芯片将模拟电压信号数字化，将5V电压进行255等分，将输入电压对应的数字电压量输出并送入单片机，经过数据处理，获得待测液体的透光率，再经过公式、函数变换，得到溶液的浓度信息。
显示功能是通过TFT液晶屏输出实现的。TFT液晶显示器本身引脚复杂，不便与外电路连接，液晶模块就是将显示器连接在专门设计的PCB电路板上，并通过电路板加装背光限流电阻，方便用户根据具体环境需要调节电阻来调节屏幕的亮度，以达到最佳显示效果。通过PCB电路板上的引脚插针将显示器的接口引出，便于用户连接。液晶屏内置专用驱动和控制IC，同时驱动IC自己集成显示缓存，无需外部显示缓存，极大地节约了单片机数据存储空间，提高了程序运行性速度，减少了程序卡顿、程序刷屏等现象，使其各项性能提高了不少。
报警功能是通过蜂鸣器和发光二极管实现的。光声报警是比较常用的报警方式，在很多地方都可以看到，比如闹钟、电子玩具、家用电器等。这里的报警模块采用的是有源蜂鸣器，内部采用9012三极管驱动，无需外部振荡源，只需给它一个有效地电平信号便可持续发声。另外，采用发光二极管产生视觉报警，结构简单，驱动容易，功耗低，是发光报警的首选元件。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.透光率检测装置，包括：
一检测模块，其包括：
一光源，用于向一待测溶液提供一入射光并产生一透射光，
一光敏电阻传感器，用于感应所述透射光的强度并产生一模拟信号，和
一AD转换模块，用于将所述模拟信号转换成一数字信号；
一单片机，用于对所述数字信号进行处理并计算所述待测溶液的透光率；
一显示模块，用于显示所述透光率的信息；
一键盘输入模块，用于向所述单片机输入命令；
一报警模块，其包括一蜂鸣器，用于发生报警信号；和
一电源模块，用于向所述单片机提供电源。
2.根据权利要求1所述的透光率检测装置，其特征在于，还包括：
一晶振电路；和一上电自动复位电路，用于实现所述单片机的上电复位；
所述检测模块还包括一检测台，用于承载所述待测溶液。
3.根据权利要求2所述的透光率检测装置，其特征在于，还包括一检测箱，其包括：
一上箱盖，和
一下箱体，与所述上箱盖相配合形成一密闭空间；
其中，所述检测模块设置于所述密闭空间中，所述显示模块和所述键盘输入模块安装于所述上箱盖。
4.根据权利要求2所述的透光率检测装置，其特征在于，所述单片机采用STC89C52RC单片机，所述显示模块采用2.4寸TFT液晶显示屏，所述电源模块采用5V电源，所述AD转换模块采用8位PCF8591芯片，所述键盘输入模块采用4*3矩阵键盘。
5.根据权利要求1所述的透光率检测装置，其特征在于，还包括一时钟电路，用于提供时钟脉冲。
6.根据权利要求5所述的透光率检测装置，其特征在于，所述时钟电路包括DS1302时钟芯片。
7.根据权利要求1所述的透光率检测装置，其特征在于，所述单片机还用于根据所述透光率计算所述待测溶液的浓度，所述待测溶液的浓度与所述透光率成线性反比；所述显示模块还用于显示所述待测溶液的浓度。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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