CN110553738A - 基于颜色传感器的化学反应进程检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法及系统，该系统包括化学反应模块、颜色传感器模块、电池模块、STM32单片机和LCD显示屏模块。其中，LCD显示屏模块由颜色传感器模块和化学反应模块控制，颜色传感器模块通过检测到化学反应模块中反应溶液颜色的变化，并将颜色(RGB)的变化信号通过LCD显示屏模块，把化学反应模块中化学反应进程表示出来。本发明利用颜色传感器模块检测化学反应模块中反应介质颜色的变化情况来反映化学反应的进程，提高化学化工中监测化学反应进程的安全性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及化工仪表监测及智能控制技术领域，具体涉及一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法及系统。
背景技术
传统化学反应进程依靠仪表设备进行参数测量，这些仪表设备均是独立的。工作人员需要肉眼观测仪表设备示数才能判断反应进程，灵活性较差，且危险反应环境对工作人员的人身安全存在威胁。随着智能科学技术的发展，仪表设备数据可通过计算机进行实时数据收集及数据分析，无需到化学反应现场进行数据记录，这类仪表设备又称为自动化仪表。自动化仪表分为检测类、显示类及控制类。检测类仪表能实时监测化学反应参数变化，显示类仪表能将检测类仪表检测数值实时在显示器上显示，控制类仪表能检测反应参数并进行调整以控制在预设值。目前在大型化工厂中常常将这几类自动化仪表混合使用，并通过嵌入PLC模块、DCS系统等对数据进行分析。这类自动化仪表及嵌入系统的安装价格昂贵，一般小型工厂无法承受，仍是采用人工抄表的方式。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法及系统。
根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，所述的化学反应进程检测方法包括以下步骤：
T1、颜色传感器模块检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
T2、STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
T3、LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，LCD显示屏将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来。
进一步地，所述的化学反应模块为反应过程中具有颜色变化的反应，反应类型包括液-液反应、气-气反应、液-气反应、固-液反应或气-固反应。
进一步地，所述的步骤T1过程如下：
T101、所述的颜色传感器模块通过发光二极管阵列将在发光二极管阵列照射下化学反应模块的光信号进行分离并传递给光强电流频率转换器；
T102、所述的光强电流频率转换器将光信号转换为相应的电信号输出，计算指定阈值时间内三色光对应的颜色传感器模块输出信号脉冲数量(指定阈值时间内的脉冲数包含了输出信号的频率信息)。不同的光信号使得颜色传感器模块在指定阈值时间内向STM32单片机发出特定的脉冲数量。
进一步地，所述的步骤T2过程如下：
T201、STM32单片机检测引脚接收颜色传感器模块OUT脚输送的信号脉冲数量；
T202、STM32单片机的内部计数器通过计数功能计算检测引脚接收的指定阈值时间内捕获的信号脉冲数量；
T203、内部计数器将不同的信号脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并将RGB颜色表征值通过FSMC接口传送到LCD显示屏模块。
进一步地，所述的步骤T3过程如下：
T301、LCD显示屏模块的控制器写入一系列的设置值，完成FSMC接口的初始化，驱动LCD显示屏模块；
T302、设置坐标再写GRAM指令，以实现一个点的处理，使显示屏中指定坐标显示指定的RGB颜色表征值；
T303、构建函数多次调用步骤T302以实现字符或数字的显示，然后通过调用该函数显示字符或数字。
根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，所述的化学反应进程检测系统包括化学反应模块、颜色传感器模块、电池模块、STM32单片机和LCD显示屏模块，所述的电池模块分别与上述的颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块连接并提供工作电压；所述的颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块依次连接进行信号传递；
所述的颜色传感器模块用于检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
所述的STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
所述的LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来。
进一步地，所述的颜色传感器模块包括依次连接的发光二极管阵列和光强电流频率转换器；其中，所述的发光二极管阵列用于滤光，将不同颜色的光信号分离；所述的光强电流频率转换器用于将光信号转换为电信号。
进一步地，所述的发光二极管阵列包括红、绿、蓝和清除4种滤光器，通过颜色传感器模块的对应引脚的高低电平来选择滤光器模式。
其中，当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为低电平时选通红色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为低电平、引脚S3为高电平时选通蓝色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为高电平时选择绿色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为高电平、引脚S3为低电平时选通清除滤光器。
进一步地，所述的STM32单片机包括若干可编程引脚和内部计时器；其中，所述的可编程引脚用于接收来自颜色传感器模块OUT脚输出的信号脉冲数量；所述的内部计时器用于对指定阈值时间内可编程引脚接收的信号脉冲数量进行计数。
其中，所述的内部计数器通过FSMC接口连接到LCD显示屏模块。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1)本发明将颜色传感器模块结合STM32单片机应用于化学反应进程检测中，极大提高了监测化学反应进程的安全性和保障性，为监测化学反应进程提供一种技术实现方案。
2)本发明利用自动化和智能控制技术，使监测化学反应进程可以在无人状态下安全无事故的进行。
附图说明
图1是本发明公开的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统的组成结构图；
图2是本发明实施例中颜色传感器模块的光电信号转换示意图；
图3是本发明实施例中STM32单片机内置计数器计数捕获单位时间内输入脉冲示意图；
图4是本发明实施例中RGB值随化学进程进行而变化的函数曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1，本实施例公开了一种基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，所述的检测系统包括化学反应模块、颜色传感器模块、电池模块、STM32单片机和LCD显示屏模块。
电池模块分别与上述的颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块连接并提供工作电压；颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块依次相连连接进行信号传递。
其中，颜色传感器模块用于检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
其中，STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
其中，LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来；
其中，STM32单片机及LCD显示屏的型号不对本发明技术方案构成限制，其它系列STM32单片机及LCD显示屏亦可以作为本发明技术方案的替换技术手段。
在本实施例中，颜色传感器模块包括依次连接的发光二极管阵列和光强电流频率转换器；其中，发光二极管阵列用于滤光，将不同颜色的光信号分离；光强电流频率转换器用于将光信号转换为电信号。
在本实施例中，发光二极管阵列包括红、绿、蓝和清除4种滤光器，通过颜色传感器模块的对应引脚的高低电平来选择滤光器模式；当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为低电平时选通红色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为低电平、引脚S3为高电平时选通蓝色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为高电平时选择绿色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为高电平、引脚S3为低电平时选通清除滤光器。
在本实施例中，STM32单片机包括若干可编程引脚和内部计时器；其中，所述的可编程引脚用于接收来自颜色传感器模块OUT脚输出的信号脉冲数量；所述的内部计时器用于对指定阈值时间内可编程引脚接收的信号脉冲数量进行计数。
其中，内部计数器通过FSMC接口连接到LCD显示屏模块。
实施例二
如图2所示，不同颜色的光反射到颜色传感器模块上，通过二极管控制引脚S2和引脚S3的不同组合选择不同的滤光器，不同的滤光器只能滤过特定颜色的光，指定阈值时间内不同颜色的光会使颜色传感器模块发出特定的脉冲数量。
如图3所示，颜色传感器模块输出的脉冲数被STM32单片机捕获过程，一个脉冲信号来到后，便使触发一次计数器，然后触发n次，计数器每次加一，便可得到单位时间内捕获的脉冲数。
如下表1所示，STM32单片机捕获颜色传感器模块传递过来的脉冲数量后，再通过正比算式得到白色物体RGB值255与三色光脉冲数的比例因子。有了白平衡校正得到的RGB比例因子，则其它颜色物体反射光中红、绿、蓝三色光对应的TCS3200输出信号在指定阈值时间内脉冲数(分别为Rx，Gx，Bx)乘以R、G、B比例因子，即可换算出被测物体的RGB标准值：
R＝K1*Rx
G＝K2*Gx
B＝K3*Bx。
表1.STM32单片机根据不同脉冲对应RGB值及其对应颜色关系表
如图4所示，LCD显示屏模块根据不同化学反应进程时对应不同的RGB值以曲线的形式表示出来。
实施例三
基于上述实施例公开的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，本实施例继续公开了一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，该化学反应进程检测方法包括以下步骤：
T1、颜色传感器模块检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
其中，化学反应模块为反应过程中具有颜色变化的反应，反应类型包括液-液反应、气-气反应、液-气反应、固-液反应或气-固反应。
该步骤T1过程如下：
T101、颜色传感器模块通过发光二极管阵列将在发光二极管阵列照射下化学反应模块的光信号进行分离并传递给光强电流频率转换器；
T102、光强电流频率转换器将光信号转换为相应的电信号输出，计算指定阈值时间内三色光对应的颜色传感器模块OUT脚输出信号脉冲数(指定阈值时间内的脉冲数包含了输出信号的频率信息)。不同的光信号使得颜色传感器模块在指定阈值时间内向STM32单片机发出特定的脉冲数量。
T2、STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
该步骤T2过程如下：
T201、STM32单片机检测引脚接收颜色传感器模块OUT脚输送的信号脉冲数量；
T202、STM32单片机的内部计数器通过计数功能计算检测引脚接收的指定阈值时间内捕获的信号脉冲数量；
T203、内部计数器将不同的信号脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并将RGB颜色表征值通过FSMC接口传送到LCD显示屏模块。
T3、LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，LCD显示屏将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来。
该步骤T3过程如下：
T301、LCD显示屏模块的控制器写入一系列的设置值，完成FSMC接口的初始化，驱动LCD显示屏模块；
T302、设置坐标再写GRAM指令，以实现一个点的处理，使显示屏中指定坐标显示指定的RGB颜色表征值；
T303、构建函数多次调用步骤T302以实现字符或数字的显示，然后通过调用该函数显示字符或数字。
综上所述，上述实施例公开了基于颜色传感器的化学反应进程检测系统及方法，该检测系统以STM32单片机为处理芯片，颜色传感器模块为检测元件，可实时监测化学反应内部颜色参数的变化，并通过LCD显示屏模块显示出来。整个系统成本低、体积小，应用灵活性大，可广泛应用于食品、药学等产品的制作。本系统主要由检测类及显示类仪表组成，可满足小型工厂对监测化学反应自动化仪表的需求。此系统将丰富自动化仪表在化工行业中的应用，为现代化工业生产提供更便利的服务。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，其特征在于，所述的化学反应进程检测方法包括以下步骤：
T1、颜色传感器模块检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
T2、STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
T3、LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，LCD显示屏将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来。
2.根据权利要求1所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，其特征在于，所述的化学反应模块为反应过程中具有颜色变化的反应，反应类型包括液-液反应、气-气反应、液-气反应、固-液反应或气-固反应。
3.根据权利要求1所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，其特征在于，所述的步骤T1过程如下：
T101、所述的颜色传感器模块通过发光二极管阵列将在发光二极管阵列照射下化学反应模块的光信号进行分离并传递给光强电流频率转换器；
T102、所述的光强电流频率转换器将光信号转换为相应的电信号输出，计算指定阈值时间内三色光对应的颜色传感器模块输出信号脉冲数量。
4.根据权利要求2所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，其特征在于，所述的步骤T2过程如下：
T201、STM32单片机检测引脚接收颜色传感器模块输送的信号脉冲数量；
T202、STM32单片机的内部计数器通过计数功能计算检测引脚接收的指定阈值时间内捕获的信号脉冲数量；
T203、所述的内部计数器将不同的信号脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并将RGB颜色表征值通过FSMC接口传送到LCD显示屏模块。
5.根据权利要求1所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测方法，其特征在于，所述的步骤T3过程如下：
T301、LCD显示屏模块的控制器写入一系列的设置值，完成FSMC接口的初始化，驱动LCD显示屏模块；
T302、设置坐标再写GRAM指令，以实现一个点的处理，使显示屏中指定坐标显示指定的RGB颜色表征值；
T303、构建函数多次调用步骤T302以实现字符或数字的显示，然后通过调用该函数显示字符或数字。
6.一种基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，其特征在于，所述的化学反应进程检测系统包括化学反应模块、颜色传感器模块、电池模块、STM32单片机和LCD显示屏模块，所述的电池模块分别与上述的颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块连接并提供工作电压；所述的颜色传感器模块、STM32单片机、LCD显示屏模块依次连接进行信号传递；
所述的颜色传感器模块用于检测化学反应模块中反应介质颜色的变化，并将化学反应过程中不同状态的光信号转换为电信号传递给STM32单片机；
所述的STM32单片机接收颜色传感器模块传递过来的电信号，通过计数功能计算指定阈值时间内捕获的脉冲数量，将不同的脉冲数量映射为特定颜色下的RGB颜色表征值，并传递给LCD显示屏模块；
所述的LCD显示屏模块通过接收来自STM32单片机的RGB颜色表征值信息，将化学反应模块中反应介质颜色变化实时显示出来。
7.根据权利要求6所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，其特征在于，所述的颜色传感器模块包括依次连接的发光二极管阵列和光强电流频率转换器；其中，所述的发光二极管阵列用于滤光，将不同颜色的光信号分离；所述的光强电流频率转换器用于将光信号转换为电信号。
8.根据权利要求7所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，其特征在于，所述的发光二极管阵列包括红、绿、蓝和清除4种滤光器，通过颜色传感器模块的对应引脚的高低电平来选择滤光器模式。
9.根据权利要求7所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，其特征在于，当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为低电平时选通红色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为低电平、引脚S3为高电平时选通蓝色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2、S3都为高电平时选择绿色滤光器；当颜色传感器模块的对应引脚S2为高电平、引脚S3为低电平时选通清除滤光器。
10.根据权利要求6所述的基于颜色传感器的化学反应进程检测系统，其特征在于，所述的STM32单片机包括若干可编程引脚和内部计时器；其中，所述的可编程引脚用于接收来自颜色传感器模块OUT脚输出的信号脉冲数量；所述的内部计时器用于对指定阈值时间内可编程引脚接收的信号脉冲数量进行计数。
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