一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统的制作方法

本发明涉及物联网智能设备、光学分析、颜色识别、化学反应监测领域，特别是涉及一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统及其实现方法。

背景技术：

随着科学技术的进步，不论是在实验室还是在工厂中，化学反应对时间、过程、精度的要求也在不断提高。尤其是在化学反应变化中出现的颜色变化，需要操作人员肉眼判断是否出现。由于肉眼判断受周围环境、个人感官和心理影响很大，尤其是长时间的化学反应过程造成操作人员疲劳，会存在有较大的离散性和随机性误差，所以需要采用颜色识别装置对化学反应过程进行识别和监测，以辅助试验人员的操作。现有测试方法对液体，尤其是化学反应过程中颜色的监测并不能做到准确，且没有实时记录和智能化操作。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是"信息化"时代的重要发展阶段。在现有的国内外颜色识别设备均不能实现简单准确颜色检测的情况下，通过光学分析和各类传感器对化学反应过程进行实时监控，记录整体流程，并有相关智能化应用的设备已经成为了一种迫切的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术中提到的现有设备的缺点与不足，而提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：

本发明提供的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统，设计了通过各种传感器收集待测物体及系统内部状态的一整套系统，包括上位机处理器(1)、光学检测下位机(2)、环境监控下位机(3)、控制专用下位机(4)、远程控制设备(5)、服务器(7)、备用电源(8)、本地控制系统(9)；所述光学检测下位机连接有rgb检测模块(201)、光强检测模块(202)、内部监控摄像头(203)；所述环境监控下位机(3)有设备环境温度监测传感器(301)、远程红外温度传感器(302)、气体浓度传感器(303)；所述控制专用下位机(4)连接有冷却排风扇(401)、继电器组(403)、加热片(404)、机械臂(402)；所述本地控制系统(9)包含触摸显示屏(901)、本地客户端(902)、实体按键组(903)、扬声器(904)、麦克风(905)；建有服务器(7)和备用电源(8)，可以通过手机app(501)和pc客户端(502)远程控制整个系统。可通过上位机处理器(1)对一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统进行远程监测控制及参数修改。所述一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统组装在遮光密封亚克力制成的密闭黑箱(10)内，黑箱有可密封开口用于放置待测物体、调试系统。在屏幕附近做成双层结构，用于保护屏幕、扬声器、实体按键组等器件的内部电路。

优选的，所述光学检测下位机(2)包括rgb检测模块(201)、光强检测模块(202)、内部监控摄像头(203)，所述rgb检测模块(201)与光强检测模块(202)合并成同一整体传感器，两个所述整体传感器对称放置，可使用透射光与反射光两种方式检测物体颜色，中间设置有遮光光路(2001)及放置待测物体的平台(2002)，设置其中一个整体传感器打开led灯，称为反射光检测传感器，另一整体传感器关闭led灯，称为透射光检测传感器，可以同时或单一通过监测待测物体的透射光与反射光来获得待测物体的透射光与反射光的rgb值和光强值，并可进一步计算常见光学参数指标如：色坐标、颜色饱和度、色温，物体透光性、折射率、反射率等。

优选的，所述整体传感器位置可以调节，所述遮光光路(2001)由内部全反射的白色平滑且外部黑色磨砂的绝缘耐热硬纸板制成，放置待测物体的平台(2002)由导热耐腐蚀金属制成，所述遮光光路(2001)和放置待测物体的平台(2002)可以随时更换。所述内部监控摄像头(203)为全彩广角摄像头，带有红外夜视功能，与所述远程控制设备(5)、本地客户端(902)、服务器(7)通讯连接，可以实现实时通信，通过直播和/或录像方式可以在所述远程控制设备(5)和/或触摸显示屏(901)上实时观察待测物体的状态。

优选的，所述环境监控下位机(3)连接有设备环境温度检测传感器(301)、远程红外温度传感器(302)、气体浓度传感器(303)。可以监测系统内部环境、待测物体温度和测试过程中常见各类气体的浓度。

优选的，所述控制专用下位机(4)连接有冷却排风扇(401)、多功能机械臂(402)、继电器组(403)和加热片(404)，所述所述冷却排风扇(401)对内部有密封处理，并且可连接至废气处理装置，可以冷却内部温度、排出无用或有害气体。继电器组(403)有密封处理，可以远程操作开关，电能来自所述备用电源(8)，提供拓展可能。所述加热片(404)在所述放置待测物体的平台(2002)下方，可以在检测过程中提供加热和/或保温功能。所述机械臂(402)放置在密闭黑箱(10)外，可以提供定时操作、条件判断操作等功能。

优选的，所述备用电源(8)为ups，即不间断电源，由带有蓄电池的多路开关电源组成，提供移动时监测或紧急情况断电时对系统的电力提供、紧急处理。可通过调节同时输出正负的220v、24v、12v、5v等不同的电压值，不但为整个系统提供电源，也为后续继续开发拓展提供电力支持。

优选的，所述远程控制设备(5)包括手机app(501)和pc客户端(502)，提供远程监测控制的功能。

优选的，所述上位机处理器(1)与光学检测下位机(2)、环境监控下位机(3)、控制专用下位机(4)、服务器(7)通过数据线串行传输形式连接，数据收集在上位机处理器(1)处理数据后通过wifi和/或蓝牙形式发送给所述服务器(7)。所述远程控制设备(5)和/或所述本地客户端(902)可以通过服务器(7)访问上位机处理器(1)并获得系统状态及监控数据。

本发明公开了一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统，通过各传感器和监控摄像头识别监测待测物体和系统的各项参数，计算并判断后，通过物联网技术上传到服务器(7)存储，可通过本地客户端(902)在触摸显示屏(901)上和/或通过远程控制设备(5)监测整个过程，附带的各器件如继电器、扬声器(904)、机械臂(402)等可用于智能化应用操作，基本解决了操作员在检测过程，尤其是化学反应过程中因个人问题造成的误差问题，提供了一种在实验室或工厂中智能化操作的新思路，极大的提高了工作效率与操作精度，填补了相关设备的空白。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统逻辑图。

图2为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统拆除顶面和正面保护面的正上视图。

图3为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统拆除顶面和正面保护面的俯视图。

附图中各部件的标记如下：上位机处理器1、光学检测下位机2、环境监控下位机3、控制专用下位机4、远程控制设备5、服务器7、备用电源8、本地控制系统9、rgb检测模块201、光强检测模块202、内部监控摄像头203、设备环境温度监测传感器301、远程红外温度传感器302、气体浓度传感器303、冷却排风扇401、机械臂402、继电器组403、加热片404、手机app501、pc客户端502、显示屏901、本地客户端902、实体按键组903、扬声器904、麦克风905。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

图1为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统逻辑图。

图2为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统拆除顶面和正面保护面的正上视图。

图3为本发明提出的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统拆除顶面和正面保护面的俯视图。

现以图3配合图1辅助说明。其中，1为上位机处理器，2为光学检测下位机，3为环境监控下位机，4为控制专用下位机，8为备用电源，10为遮光密封亚克力制成的密闭黑箱；所述光学检测下位机(2)连接有标有201的rgb检测模块、标有202的光强检测模块、标有203的内部监控摄像头；所述环境监控下位机(3)有标有301的设备环境温度监测传感器、标有302的远程红外温度传感器、标有303的气体浓度传感器；所述控制专用下位机(4)连接有冷却排风扇401、机械臂402、继电器组403、加热片404；带有所述本地控制系统(9)包含触摸显示屏901、实体按键组903、扬声器904、麦克风905。

本发明提供的一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统，设计了通过各种传感器收集待测物体及系统内部状态的一整套系统，包括上位机处理器(1)、光学检测下位机(2)、环境监控下位机(3)、控制专用下位机(4)、远程控制设备(5)、服务器(7)、备用电源(8)、本地控制系统(9)；所述光学检测下位机连接有rgb检测模块(201)、光强检测模块(202)、内部监控摄像头(203)；所述环境监控下位机(3)有设备环境温度监测传感器(301)、远程红外温度传感器(302)、气体浓度传感器(303)；所述控制专用下位机(4)连接有冷却排风扇(401)、继电器组(403)、加热片(404)、机械臂(402)；所述本地控制系统(9)包含触摸显示屏(901)、本地客户端(902)、实体按键组(903)、扬声器(904)、麦克风(905)；建有服务器(7)和备用电源(8)，可以通过手机app(501)和pc客户端(502)远程控制整个系统。可通过上位机处理器(1)对一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统进行远程监测控制及参数修改。所述一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统组装在遮光密封亚克力制成的密闭黑箱(10)内，黑箱有可密封开口用于放置待测物体、调试系统。如图2所示，在屏幕附近做成双层结构，用于保护屏幕、扬声器、实体按键组等器件的内部电路，展示图拆除顶面和正面保护面的一层去除方便观察结构。

所述光学检测下位机(2)包括rgb检测模块(201)、光强检测模块(202)、内部监控摄像头(203)，所述rgb检测模块(201)与光强检测模块(202)合并成同一整体传感器，两个所述整体传感器对称放置，中间设置有遮光光路(2001)及放置待测物体的平台(2002)，可以实时监测待测物体的颜色，并转化为rgb值，同时检测待测物体的透光性及环境光强。所述rgb检测模块(201)与光强检测模块(202)理论相似，将透射或反射的光线分别透过对应的光透镜，透过光透镜的不同光线造成频率转换器输出不同频率的方波,不同的颜色和光强对应不同频率的方波，通过模数转换和归一化计算即可得到待测数值。可使用透射光与反射光两种方式检测物体颜色，设置其中一个整体传感器打开led灯，称为反射光检测传感器，另一整体传感器关闭led灯，称为透射光检测传感器，可以同时或单一通过监测待测物体的透射光与反射光来获得待测物体的透射光与反射光的rgb值和光强值，并可进一步计算常见光学参数指标如：色坐标、颜色饱和度、色温，物体透光性、折射率、反射率等。

所述整体传感器位置可以调节以适应不同大小的物体监测，所述遮光光路(2001)由内部全反射的白色平滑且外部黑色磨砂的绝缘耐热硬纸板制成。内部全反射的白色平滑面用于折射入射光或反射光，尽量做到不损失光强。外部黑色磨砂面用于隔绝外部杂光的影响。通过设置所述遮光光路(2001)，提高了光学检测的准确性。放置待测物体的平台(2002)由导热耐腐蚀金属制成，所述遮光光路(2001)和放置待测物体的平台(2002)可以随时更换，以适应不同物体的监测。所述内部监控摄像头(203)为全彩广角摄像头，带有红外夜视功能，与所述远程控制设备(5)、本地客户端(902)、服务器(7)通讯连接，可以实现实时通信，通过直播或者录像方式可以在所述远程控制设备(5)和/或触摸显示屏(901)上实时观察待测物体的状态。

待测物体若为不透明物体，则透射光检测传感器获得的测量数据将远小于反射光检测传感器获得测量数据，则可读取反射光检测传感器获得的数据计算rgb值。在输出光强已知的情况下，可以通过两检测传感器的光强数据计算反射率、透光性和折射率。待测物体若为透明物体，透射光检测传感器获得的测量数据和反射光检测传感器获得的测量数据将同时输入光学检测下位机(2)进行计算，获得两侧rgb值并获得两侧光强值，进一步在上位机处理器(1)可推出色坐标、颜色饱和度、色温，物体透光性、折射率、反射率等，可以进行比对基本推断物质种类。

所述环境监控下位机(3)连接有设备环境温度检测传感器(301)、远程红外温度传感器(302)、气体浓度传感器(303)。可以监测系统内部环境和待测物体温度及测试过程中常见各类气体的浓度。本发明采用设备环境温度检测传感器(301)与远程红外温度传感器(302)相结合的方式，兼并在同一块电路上连接环境监控下位机(3)并固定在黑箱(10)内部上方，既可以监测黑箱内部环境温度，所带红外温度传感器对准待测物体，也可监测待测物体的温度状态。所述气体浓度传感器(303)可以监测常见气体如二氧化碳、氧气、一氧化碳、可燃性气体、可吸入颗粒物等的浓度并上传到服务器，在所述远程控制设备(5)和/或触摸显示屏(901)上实时观察数值变化的状态。

所述控制专用下位机(4)连接有冷却排风扇(401)、多功能机械臂(402)、继电器组(403)和加热片(404)，所述所述冷却排风扇(401)由排风扇、半导体制冷片、散热铜架和密封盖制成，内部有密封处理，并且可连接至废气处理装置，可以冷却内部温度、排出无用或有害气体。继电器组(403)有密封处理，可以远程操作开关，电能来自所述备用电源(8)，提供拓展可能。所述加热片(404)在所述放置待测物体的平台(2002)下方，可以在检测过程中提供加热和/或保温功能。所述机械臂(402)放置在密闭黑箱(10)外，通过上位机处理器(1)连接控制专用下位机(4)可以提供定时操作、条件判断操作等功能。

所述备用电源(8)为ups，即不间断电源，由带有蓄电池的多路开关电源组成，提供移动时监测或紧急情况断电时对系统的电力提供、紧急处理。输入为220v50hz的交流电，可通过调节同时输出正负的220v、24v、12v、5v等不同的电压值，不但为整个系统提供电源，也为后续继续开发拓展提供电力支持。

所述远程控制设备(5)包括手机app(501)和pc客户端(502)，提供远程监测控制的功能。所述上位机处理器(1)与光学检测下位机(2)、环境监控下位机(3)、控制专用下位机(4)、服务器(7)通过数据线串行传输形式连接，数据收集在上位机处理器(1)处理数据后通过wifi和/或蓝牙形式发送给所述服务器(7)。所述远程控制设备(5)和/或所述本地客户端(902)可以通过服务器(7)访问上位机处理器(1)并获得系统状态及监控数据。

本发明公开了一种基于光反射与透射及物联网技术的动态颜色监测控制系统，通过各传感器和监控摄像头识别监测待测物体和系统的各项参数，计算并判断后，通过物联网技术上传到服务器(7)存储，可通过本地客户端(902)在触摸显示屏(901)上和/或通过远程控制设备(5)监测整个过程，附带的各器件如继电器、扬声器(904)、机械臂(402)等可用于智能化应用操作，基本解决了操作员在检测过程，尤其是化学反应过程中因个人问题造成的误差问题，提供了一种在实验室或工厂中智能化操作的新思路，极大的提高了工作效率与操作精度，填补了相关设备的空白。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。