浙江大学生科技创新活动项目结题报告书项目名称溶液颜色

浙江省大学生科技创新活动项目结题报告书项 目 名 称： 溶液颜色变化自动检测系统设计 项 目 负 责 人： 方竞宇 学校名称： 浙江大学 主要依托学科： 信息工程（光电） 结题日期： 2010年12月10日 项目类别：大学生科技创新项目 大学生创新创业孵化项目大学生科技创新推广项目浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室制一、项目情况项目概况项目名称溶液颜色变化自动检测系统设计项目性质（）基础研究 （）应用研究项目来源 （）自主立题 （）教师指导选题起止时间自 2009年12 月 至 2010 年12 月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）项目负责人姓名方竞宇性 别男出生年月1988.8入学年月2007.9所在学院光电信息工程学系联系电话8923电子信箱项 目 组主要成员姓名年龄性 别专业具体分工方竞宇21男光电主要负责、系统设计赵鼎20男光电硬件设计王涌鹏22男光电软件设计指导教师姓名王晓萍性 别女出生年月1962.4职称教授联系电话主要研究方向光电检测技术与智能仪器设计项目主要内容本项目旨在设计开发一套能够实时检测溶液颜色变化的自动检测系统。系统主要有LED光源、光电探测器、检测与控制电路和分析处理软件等几部分组成。能够将化学反应过程中通常需要人眼观察的溶液颜色的变化过程，转换成检测仪器的客观评价，实现对颜色的变化做出比人眼观察更灵敏、更准确的判断，从而提高样品检测的效率和精度。二、项目实施情况总结内容提示：1.项目实施情况；2.项目研究内容及方法的创新；3.项目成果的学术价值；4.项目成果的社会效益和经济效益；5.研究存在的不足或欠缺，尚需深入研究的问题等。1500字左右。1. 项目实施情况本研究课题从立项之初便投入积极探索，小组成员查阅了大量文献资料，对研究内容有了深入了解和具体规划。整个项目进度基本遵循开题计划，从理论分析、方案论证到实验探索、改进优化，目前项目基本实现预期效果。硬件设计方面，数据处理硬件系统包括颜色采集芯片、转换传输电路、中央处理器、显示设备等数据输出单元。其中，STC89C52微处理器进行数据处理，通过232接口连接PC电脑，利用电脑显示器输出各种色度数据。此外，还为系统供电设计了稳压电源电路。软件设计方面，主要包括白平衡校正子程序与颜色比较子程序。其中白平衡校正子程序用于颜色标定，颜色比较子程序用于颜色检测。另外，上位机端口读写程序利用C语言在 Visual Studio 2010开发平台上编写。2. 项目研究内容及方法的创新颜色的测量和控制，是科学研究和生产中常出现的问题。特别在环境检测中，常常通过化学反应并借助于显色剂的颜色变化，来确定水样中存在成分及其浓度。随着化学反应的进行，颜色变化非常缓慢，短期内很难被肉眼所察觉，必须依赖高精度仪器对溶液颜色变化进行准确辨识。通过颜色传感器或CCD/CMOS图像传感器检测识别不同颜色是目前颜色检测系统的2种主要实现手段，前者以往多采用模拟颜色传感器，计算机处理前需要进行放大、滤波、A/D转换等前向通道处理，对电路的要求较高；后者设计图像处理，算法复杂，软件开销大，硬件成本也不低。本项目研究给出了一种基于数字颜色传感器TCS3200、采用单片机89C52实现、带LCD显示的溶液颜色变化自动检测系统。TCS3200是美国TAOS公司推出的一款可编程光/频率转换传感器，这种传感器输出和入射光基色分量成正比的频率信号，能直接与微处理器或其他逻辑电路连接，因此可以大大简化系统的设计实现。溶液颜色检测系统框图如下： 该检测系统基于RBG颜色空间，整个检测装置分为采集探头、数据处理和传输和LCD显示三部分。采用白色、高亮LED光源垂直照射溶液，使得透过被测溶液的光束能够射入颜色传感器，经由光/频率转换后的采集数据传入控制芯片（下位机）进行处理，并把处理好的数据通过串口传入PC机（上位机），上位机对数据进行再次处理，转换成可视化颜色图像显示出来。基于上述分析，采用89C52和TCS3200设计完成了溶液颜色识别装置，部分电路连接如下图所示。利用89C52的P1口的几个引脚来控制TCS3200的各个控制引脚，而TCS3200的输出引脚被连接到89C52的INT0（外部中断0）的输入端（P3.2）。初始化89C52定时器，选择TCS3200合适的输出比例因子，并使能输出引脚，通过在固定的时间内计算中断次数，就可以分别计算出TCS3200的三种输出频率，进而确定R、G、B值及颜色。实验结果表明，基于TCS3200实现的颜色实时检测系统，以白色LED灯调白平衡，在密封条件下能够较为准确识别溶液颜色，其精度可达10位以上，响应频率2500 kHz。该系统具有成本低、体积小、检测快、稳定性高等优点。芯片内部集成了积分式A/D转换器，采用数字信号输出，因此抗干扰能力比同类芯片强。本小组从TCS3200的结构特点出发，结合单片机89C52实现了颜色检测的具体应用，并给出了相应的硬件设计电路和软件流程图，该系统在溶液颜色监测控制方面具有广泛的应用价值。3. 项目成果的学术价值本项目的技术属于光学、色度学、微机控制等学科的交叉结合。该设计可以实现溶液颜色变化的在线检测，大大提高了溶液颜色检测的智能化以及自动化程度。4. 项目成果的社会效益和经济效益由于溶液颜色检测在环境、生化、食品、纺织等领域都有应用，设计溶液颜色自动检测仪器，能有效提高检测的自动化程度和客观程度，适应市场的需求，具有良好的推广应用价值和市场前景。5. 研究存在的不足或欠缺本项目仍旧处于研究开发阶段，不足之处主要体现在以下几个方面：（1）溶液颜色识别精度有待进一步提高。本系统只能针对颜色比较均匀的溶液进行监测，对于颜色较为复杂的溶液，只能针对局部进行监测，且容易受到溶液内部其他部分影响。（2）系统的光学检测模块结构较为简单，需要进一步改进。（3）系统的集成度仍需进一步完善。本系统在实验开发板上测试，存在许多未使用的模块，后期集成后能大大缩减体积。注：本栏可加页。三、项目实现经济效益和知识产权情况经济效益年产值（万元）年利润（万元）年税金（万元）年创汇（万美元）年节汇（万美元）知识产权科技论文（篇）科技著作（种）专利申请受理（件）专利授权数（件）发明专利数（件）获奖情况国家级奖项省级奖项市级奖项校级奖项四、经费使用情况序号经费开支科目金额1材料、加工30002书籍资料3003打印、复印2004交通费用7005通讯费用2006其他600总计5000注：本栏可加页。五、指导老师意见设计了以数字颜色传感器TCS