一种试纸分析仪的制作方法

1.本实用新型属于水质分析检测技术领域，具体涉及一种试纸分析仪。


背景技术：

2.现有市场用于水质分析的设备较多，但所采用的分析方法主要包括电极法和比色法；其中，电极法主要用于测定水中的tds，即溶解性总固体含量；比色法多用于测定水质中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量，如总氯，余氯，总碱度，总硬度等。
3.常用的比色法有两种：目视比色法和光电比色法。目视比色法主要用眼睛观察，且比色法的对象既可以是完全反应的液体试剂，也可以是完成反应后的试纸条，而使用试纸条测试水质的方法便携，直观，受外界环境温度的影响较小，所以是目前最常用的检测方法。但采用肉眼观测的方法对试纸条反应后颜色进行判定时，容易产生较大的误差，而且也不易确定试纸是否达到了最佳反应时间，同时室外作业会加大操作难度。光电比色法主要用光电比色计测量，光电比色法消除了目视比色法的主观误差，提高了测量准确度，但光电比色计采用钨灯光源和滤光片，只适用于可见光谱区和只能得到一定波长范围的复合光，具有一定的局限性。因此，开发一种既能够解决目视比色法误差大，同时还能解决光电比色法检测范围受限的检测分析仪十分必要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种试纸分析仪，该分析仪设置试纸载物台，能够根据发生反应的试纸的rgb值计算水样中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量，其结构简单，使用方便，解决了目视比色法肉眼观察水质检测结果误差大，易受到外界干扰，操作繁琐的技术问题，同时也克服了光电比色法局限性这一问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种试纸分析仪，包括仪器主体以及安装在仪器主体内部的试纸载物台、电机、pet白色胶片、颜色采集板、电源模块及控制单元；其中，所述仪器主体内沿仪器主体的纵向设置有滑轨，所述试纸载物台安装在滑轨上沿滑轨滑动，试纸载物台的一端穿过仪器主体延伸到外面，试纸载物台的上表面加工有试纸槽，在靠近试纸槽端部的位置粘贴有pet白色胶片，用于调节光源白平衡，试纸载物台与试纸槽相对的一侧固定安装有齿条；所述电机的输出轴安装齿轮，所述齿轮与齿条啮合，用于驱动齿条；所述颜色采集板安装在试纸载物台的上方，颜色采集板上安装有光源和颜色采集传感器，所述光源用于对pet白色胶片或试纸槽内的试纸进行照射，所述颜色采集传感器用于对pet白色胶片或试纸槽内的试纸的颜色进行采集，并将采集的数据发送给控制单元；所述电源模块用于供电；所述控制单元用于根据颜色采集传感器采集的rgb值计算反应后试纸实际的rgb值，根据试纸实际的rgb值计算待测液中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量。
7.作为本实用新型的优选，所述仪器主体上还设置有蜂鸣器、蓝牙模块，所述蜂鸣器用于为仪器提供提示音、按键音；所述试纸载物台在靠近pet白色胶片的位置还安装有磁
石，所述颜色采集板上安装有霍尔传感器，通过霍尔传感器监测磁石的信号，实现对试纸载物台的定位，使试纸载物台每次测试时都复位到固定的初始位置。
8.作为本实用新型的优选，所述仪器主体上设置有显示屏安装部、操作按键安装部，显示屏安装部上安装有显示屏，操作按键安装部上安装有操作按键，仪器主体的侧壁上设置有usb数据接口、程序下载接口；所述磁石为圆柱形，所述电机为步进电机。
9.作为本实用新型的优选，所述光源采用超高亮度白光led光源，所述显示屏采用lcd显示屏，用于显示测试结果；所述操作按键包括软开关机按键、复位按键、下按键、上按键、确定按键、返回按键。
10.作为本实用新型的优选，所述控制单元包括控制器、存储器；其中，所述控制器的36引脚、37引脚、38引脚、39引脚、40引脚与电机驱动模块的1引脚、16引脚、15引脚、10引脚、9引脚连接，所述电机驱动模块的2引脚、4引脚、5引脚、7引脚与电机连接，控制器的14引脚、16引脚、17引脚、29引脚、30引脚、55引脚、56引脚与电源模块连接，控制器的20引脚、34引脚、41引脚、44引脚、45引脚与光源白平衡模块连接，光源白平衡模块用于在检测开始时前将光源调整到设定好的亮度，光源白平衡模块通过颜色采集接口与颜色采集板上的led光源连接，控制器的50引脚、51引脚、52引脚、53引脚通过颜色采集接口与颜色采集板上的颜色采集传感器连接，控制器的21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚、35引脚与lcd显示屏连接，控制器的15引脚与蜂鸣器连接，控制器的46引脚、49引脚与程序下载接口连接，控制器的57引脚、62引脚与软开关机模块连接，软开关机模块与操作按键连接；控制器的16引脚、17引脚与usb数据接口连接，控制器的29引脚、30引脚、55引脚、56引脚与蓝牙模块连接；控制器的7引脚与复位按键连接，控制器的58引脚、59引脚与下按键、上按键连接，控制器的8引脚、9引脚与确定按键、返回按键连接。
11.作为本实用新型的优选，所述存储器用于对数据进行存储。
12.本实用新型的优点及有益效果：
13.(1)本实用新型提供的试纸分析仪结构小巧简单，操作简单，使用方便，检测速度快，成本低，该分析仪根据颜色采集传感器获取的试纸反射光成分计算试纸颜色，根据试纸颜色计算出待测水样中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量，检测结果准确可靠，解决了肉眼观察水质检测结果误差大，易受到外界干扰，操作繁琐等技术问题；同时也克服了光电比色法局限性这一问题。
14.(2)本实用新型提供的试纸分析仪配合相应分析试纸，可用于泳池七项、水族六项、氨氮(0-20mg/l)、氨氮(0-100mg/l)、氨氮(0-1000mg/l)等项目进行定量检测使用。
15.(3)本实用新型提供的试纸分析仪采用准32位单片机，最大限度地减少了外围器件，提高产品可靠性；采用最新的超高亮度白光led光源，提高了系统信噪比；采用高性能光电接收器件，rgb三元色测量原理，使仪器具有较好的抗干扰能力和适应性。
16.(4)本实用新型提供的试纸分析仪可为用户存储多达100份测试结果，按批号管理，方便用户事后查阅。
附图说明
17.图1是本实用新型试纸分析仪的主视图；
18.图2是本实用新型试纸分析仪的侧视图；
19.图3是本实用新型试纸分析仪的后视图；
20.图4是本实用新型试纸分析仪的俯视图；
21.图5是本实用新型试纸分析仪的内部结构示意图；
22.图6是本实用新型试纸分析仪各部件连接的示意框图；
23.图7是控制器的电路图；
24.图8是本实用新型电源模块的电路图；
25.图9是本实用新型软开关机模块的电路图；
26.图10是本实用新型lcd显示屏的电路图；
27.图11是本实用新型颜色采集板的电路图；
28.图12是本实用新型颜色采集接口的电路图；
29.图13是本实用新型电机驱动模块的电路图；
30.图14是本实用新型光源白平衡模块的电路图；
31.图15是本实用新型usb数据接口的电路图；
32.图16是本实用新型蓝牙模块的电路图；
33.图17是本实用新型蜂鸣器的电路图。
34.附图标记：试纸a、仪器主体1、试纸载物台2、电机3、颜色采集板4、电源模块5、控制单元6、蜂鸣器7、蓝牙模块8、显示屏11、操作按键12、滑轨13、usb数据接口14、齿条21、光源41、颜色采集传感器42。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为：基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.实施例1
39.参阅图1至图6，本实用新型提供的一种试纸分析仪，包括仪器主体1以及安装在仪器主体内部的试纸载物台2、电机3、pet白色胶片、颜色采集板4、电源模块5及控制单元6；其中，所述仪器主体1上设置有显示屏安装部、操作按键安装部，显示屏安装部上安装有显示屏11，所述显示屏11采用lcd显示屏，用于显示测试结果；操作按键安装部上安装有操作按键12，仪器主体1内沿仪器主体的纵向设置有滑轨13，所述试纸载物台2安装在滑轨上沿滑轨滑动，试纸载物台2的一端穿过仪器主体1延伸到外面，试纸载物台2的上表面加工有试纸槽，在靠近试纸槽端部的位置粘贴有pet白色胶片，试纸载物台与试纸槽相对的一侧固定安
装有齿条21；所述电机3的输出轴安装齿轮，所述齿轮与齿条21啮合，用于驱动齿条；所述颜色采集板4安装在试纸载物台2的上方，颜色采集板4上安装有光源41和颜色采集传感器42，所述光源41用于对pet白色胶片或试纸槽内的试纸a进行照射，光源采用超高亮度白光led光源，所述颜色采集传感器42用于对pet白色胶片或试纸槽内的试纸a的颜色进行采集，并将采集的数据发送给控制单元；所述电源模块5用于供电；所述控制单元6用于根据颜色采集传感器采集的rgb值计算反应后试纸实际的rgb值，根据试纸实际的rgb值计算待测液中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量。
40.进一步，本实施例所述的仪器主体1上还设置有蜂鸣器7、蓝牙模块8，所述蜂鸣器7用于为仪器提供提示音、按键音；所述试纸载物台在靠近pet白色胶片的位置还安装有磁石，所述颜色采集板上安装有霍尔传感器，通过霍尔传感器监测磁石的信号，实现对试纸载物台的定位，使试纸载物台每次测试时都复位到固定的初始位置；所述仪器主体1的侧壁上设置有usb数据接口14、程序下载接口；所述操作按键包括软开关机按键、菜单按键、向下按键、向上按键、确定按键。
41.进一步，所述磁石为圆柱形，所述电机为步进电机。
42.参阅图7至图17，所述控制单元包括控制器、存储器；其中，所述控制器的36引脚、37引脚、38引脚、39引脚、40引脚与电机驱动模块的1引脚、16引脚、15引脚、10引脚、9引脚连接，所述电机驱动模块的2引脚、4引脚、5引脚、7引脚与电机连接，控制器的14引脚、16引脚、17引脚、29引脚、30引脚、55引脚、56引脚与电源模块连接，控制器的20引脚、34引脚、41引脚、44引脚、45引脚与光源白平衡模块连接，光源白平衡模块用于在检测开始时前将光源调整到设定好的亮度，光源白平衡模块通过颜色采集接口与颜色采集板上的led光源连接，控制器的50引脚、51引脚、52引脚、53引脚通过颜色采集接口与颜色采集板上的颜色采集传感器连接，控制器的21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚、35引脚与lcd显示屏连接，控制器的15引脚与蜂鸣器连接，控制器的46引脚、49引脚与程序下载接口连接，控制器的57引脚、62引脚与软开关机模块连接，软开关机模块与操作按键连接，控制器的16引脚、17引脚与usb数据接口连接，控制器的29引脚、30引脚、55引脚、56引脚与蓝牙模块连接；控制器的7引脚、8引脚、9引脚、58引脚、59引脚与操作按键连接。
43.本实施例中所述的存储器内存储有针对每一检测项目的不同浓度的标准溶液与反应的试纸条的rgb值，以及根据标准溶液的rgb值所计算的用于实际测试时进行比较的灵敏度阈值，控制器根据颜色采集传感器数据计算出反应后试纸条的实际rgb值，之后根据存储器内的灵敏度阈值以及不同浓度的标准溶液与rgb值的对应关系，计算水样中某一种或某一类具体化学成分或矿物质离子成分的含量；其中，不同浓度的标准溶液与rgb值的对应关系以及灵敏度阈值的获取方式如下：
44.步骤s1、针对每个检测项目分别配置至少7个浓度分别为c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、cn的1ml标准溶液，至少7个浓度不同的标准溶液与检测试纸上的药剂反应后颜色成为逐渐递变的标准色阶；且标准溶液中包含所检测物质的最低浓度和最高浓度；
45.步骤s2、启动试纸分析仪，电机动作，试纸载物台开始初始化，使pet白色胶片在颜色采集传感器正下方，颜色采集传感器采集pet白色胶片的rgb值，记为：wr、wg、wb；
46.步骤s3、控制单元根据pet白色胶片的rgb值计算白平衡的比例因子，计算公式如下：
47.krgb＝wr/255 kr＝1.00000 kg＝wr/wg kb＝wr/wb
48.步骤s4、将含单一试纸块的试纸放入装有一定浓度的标准溶液的试管内，使试纸完全浸入待测液体中，等待几秒后取出试纸，用手甩一下试纸，将试纸放入试纸载物台上，电机动作，使试纸在颜色采集传感器正下方匀速前进，颜色采集传感器采集试纸的rgb值，记为：tr、tg、tb；其中，所述试纸块内含有与待测液中带检测成分发生变色反应的物质；
49.步骤s5、控制单元根据颜色采集传感器采集的试纸rgb值以及白平衡的比例因子计算试纸的实际rgb值，记为：tr、tg、tb，计算公式如下：
50.tr＝tr*kr/krgb
51.tg＝tg*kg/krgb
52.tb＝tb*kb/krgb
53.步骤s6、按照步骤1至5的方式依次获得至少7个浓度不同的标准溶液与rgb值的对应关系，之后在rgb值中选择最能表明颜色变化的单一通道r值或g值或b值，以读取7个浓度不同的标准溶液和试纸反应的r值为例，建立r1与c1、r2与c2、r3与c3、r4与c4、r5与c5、r6与c6、r7与c7的对应关系；
54.步骤s7、控制单元根据读取的7个浓度不同且浓度逐渐增大的标准溶液的r通道值：分别为r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7；则实际灵敏度设置参数就为：(r1 r2)/2，(r2 r3)/2，(r3 r4)/2，(r4 r5)/2，(r5 r6)/2，(r6 r7)/2；实际测试待测液时：当r实际》(r1 r2)/2时显示值为c1,当(r2 r3)/2《r实际≤(r1 r2)/2时显示值为c2,当(r3 r4)/2《r实际≤(r2 r3)/2时显示值为c3,当(r4 r5)/2《r实际≤(r3 r4)/2时显示值为c4,当(r5 r6)/2《r实际≤(r4 r5)/2时显示值为c5,当(r6 r7)/2《r实际≤(r5 r6)/2时显示值为c6,当r实际≤(r6 r7)/2时显示值为c7。
55.本实用新型的检测原理如下：
56.检测试纸放入待测水样后，试纸上的药品与水样中的待测物质发生反应，从而会使试纸显示不同的颜色。水样中待检物质浓度不同，颜色也不同。仪器中的入射光照射试纸条经过反射后，特定波长的光线会被吸收，而吸收程度跟试纸颜色相关，根据吸收程度确定试纸条的rgb值。例如：氨氮检测试纸色块颜色由黄色-》绿色，颜色越深分析出的结果也就越高。
57.为使本领域技术人员清楚了解本实用新型提供的试纸分析仪，下面详细介绍试纸分析仪的检测分析方法，该方法包括以下步骤：
58.步骤s1、按软开关机按键开机，启动试纸分析仪，电机动作，试纸载物台开始初始化，使pet白色胶片在颜色采集传感器正下方，颜色采集传感器采集pet白色胶片的rgb值，记为：wr、wg、wb；
59.步骤s2、控制单元根据pet白色胶片的rgb值计算白平衡的比例因子，计算公式如下：
60.krgb＝wr/255 kr＝1.00000 kg＝wr/wg kb＝wr/wb
61.步骤s3、当需要对待测水样进行检测时，按菜单按键，移动光标选择“选择项目”，将测试类型调整为待测试项目；当同时检测水样中多种成分时，可同时选择所有需要待检测的项目，受试纸长度和仪器结构的限制，待检测项目最多可以选择6项；
62.步骤s4、将与仪器配套的试纸放在待测液中等待几秒，不同试纸等待的时间不同，
根据所选择的试制确定等待时间，等待试纸充分反映后将试纸放到试纸分析仪的试纸载物台上；所述试纸根据检测项目需求含有1至6个检测色块，当需要检测单一项目时，试纸含有单一色块即可；当同时需要检测多个项目时，根据检测项目数量设置色块数量；每个所述的色块中含有与不同检测物质发生变色反应的物质；若试纸中含有多个色块，多个所述的色块沿试纸的长度方向间隔设置，且每个色块内所含的检测物质以及色块的位置关系固定，便于后续数据处理；
63.步骤s5、试纸放到试纸载物台的试纸槽内后，向里推动试纸，直到试纸顶到头，之后电机匀速转动带动试纸载物台匀速移动，试纸也跟着匀速移动，试纸匀速经过颜色采集传感器，控制器接收到颜色采集传感器发送的600组数据，控制器根据采集数据的时间及电机的转速等经过数据处理分析得第一个试纸块的中心位置，再根据试纸块之间的间距确定第二至第n个试纸块的中心位置，从而得到每个试纸块中心位置的rgb原始值；
64.步骤s6、控制器根据颜色采集传感器采集的试纸中每个色块的rgb原始值以及步骤s2获得的白平衡的比例因子计算试纸的实际rgb值；
65.步骤s7、将获取的试纸中每个色块的实际rgb值中最能表明颜色变化的单一通道r值或g值或b值与存储器内存储的灵敏度阈值进行比较判定，从而确定待测液体中不同检测项目的检测浓度，并将当前试纸所测试的待测液的浓度在显示屏上显示出来。
66.本实用新型提供的试纸分析仪配合相应分析试纸，可用于泳池六项、氨氮(0-20mg/l)、氨氮(0-100mg/l)、氨氮(0-1000mg/l)等项目进行定量检测使用。
67.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。