基于光敏传感器的溶液测量系统设计(附件)【字数：9328】
摘 要在实验的准备开始阶段，基本需要鉴别溶液的种类和浑浊程度，是否能被精确的实验仪器所测量，能否在测量仪器的测量范围之内，这是很重要的一个准备工作，在测量溶液时，直观上并不能马上确认是什么溶液，也不能透过人的肉眼来判断溶液的浑浊程度，所以我选用了光敏传感器来接受光线透过溶液的程度，以此来判断溶液的种类。本次设计的实验适用于实验开始阶段，用以分辨被测量溶液的种类，由于杯子的易处理、成本低，设置简单、获取难度低等优点，所以普通透明的塑料杯是这次设计的不二首选。实验过程中，需要采取各种透明度相近的溶液，通常需要进行多次采样，从相同角度照射光线，测量溶液的透光度。本次设计以Arduino为开发平台，建立了一个快速、准确、便捷的在线溶液测量系统，通过光敏传感器所表达的数据来分辨被测溶液的种类，从而改进溶液初步测量的方法，提高实验效率，初步优化了实验开始所需要的准备手续。论文的主要内容包括: 首先，介绍了溶液检测技术国内外的发展现状，着重对浊度测量方法进行了总结。分析了两种基本的浊度测量方法，并结合溶液测量的具体要求，采用了散射式测量方案，然后设计了系统的整体框架并对相关测量原理进行了介绍。 其次，对比分析并确定了本次实验所采用的光源及光电探测器。根据系统的整体方案进行了溶液在线测量系统硬件的设计，完成了系统的硬件设计。最后，确定了本次实验所采用的的入射角，对实验的结果进行总结和验证。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究前景 1
1.2国内外探索方向和目前形势 1
1.3此次实验主要研究工作 2
1.4本节概括 2
第二章 系统相关原理及总体方案设计 3
2.1本课题具体研究内容和工作 3
2.2浊度的理论概念 3
2.3测量水浊度的两种方法 4
2.4两种基本测量方法的适用规范 5
2.5本节概括 5
第三章 选择适用的光源和光电探测器 6
3.1确定适用的光源 6
3.2确定适用的光电探测器 7
3.3本节概括 8
第四章 硬件介绍及设计 9
4.1Arduino系统介绍 9
4.2数据 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
显示和存储 10
4.3系统整体连接 12
4.4本节概括 14
第五章 实验数据处理与分析 15
5.1选择合适的入射角度 15
5.2不同溶液的光照曲线 15
5.3实验结果及证明 20
5.4本节概括 21
第六章 结论与展望 22
6.1全实验过程总结 22
6.2对未来的展望 22
6.3本节概括 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 26
附录B 27
第一章绪论
1.1课题研究前景
随着现代科学技术的逐步发展，以及现代科技技术、科学器件的不断创新和突破，光电学术技术[][]与溶液检测技术已经深入应用到军事战争、地理位置、环境学、生物医学及农作业生产等许多领域中，并得到了广大人民的认可和广泛的应用。在现实生活中所要测量的信息数值几乎都是物理量，如湿度[]、温度、照度[]等。正常情况下，首先需要用能把光学信号转换成电信号的装置或器件，然后用光电传感器[]或光电处理装置将这些光信号处理转换成为电信号。电信号经过放大处理后转换成计算机数据传入计算机，最后将这些物理量进行检测、控制、计算和显示等。
1.2国内外探索方向和目前形势
随着科学技术的日新月异，多种传感器技术[][]被用于不同溶液的测量系统，如:溶液介质、光密度、光透度等，观察从传感器接受到的数值就可以估算出溶液的密度等。然而，对溶液测量[]的研究却并不常见，其主要原因归结为:实验过程传感器会占用非常大的空间，这个因素会对整个实验过程所测的物理量产生明显的影响。
针对溶液浓度测量的研究，国内外都取得了较大的进展，这其中，运用光学测量是一个运用性比较广泛的方法，纵观全球，基于光学测量的设备和仪器被许多研究人员和国际性企业所研究和开发，并运用到生物医学领域、环境卫生和军事战争领域等，实现了溶液的测量。
国外方面，Schmidt Hager等设计了运用于摇瓶所培养的非入侵式生物量测量[]系统、Kristiina Kiviharju等总结了多种运用于浊度测试[]的光学探头、Roland Ulber等通过光学测量方法总结出紫外光和红外光谱。
国内方面，赵霞等运用了光学术理论对悬浊液的传播机理进行了深入的探讨和研究、胡新宇等利用了光吸收和散射与微生物之间的关系建立了一种生物量浓度检测规范。
根据获取光学信号的本质不同，光学传感器可以归类为折射、吸收、反光和散射等多种类型。考虑到本课题主要的研究对象为透明溶液，在实现溶液测量的同时，希望尽可能不对环境和溶液造成二次污染[]，因此本文主要对吸收和折射的情形进行了简单的探讨。
随着大规模光电传感技术的研究和发展，溶液测量变得不再那么麻烦，相比之下，溶液测量变得十分简便，而溶液测量技术几乎成为了大部分测量系统的准备工作，因此，大多数研究人员在针对这个现象发明了基于光纤的溶液测量系统等，其中，基于光敏传感器[][]的溶液测量系统显得较为方便和实用。
1.3此次实验主要研究工作
基于国内外的研究现状，结合目前国内溶液测量技术所存在的问题，本文以Arduino[][][]为开发平台，结合SD卡模块和光敏传感器模块，研制一种便捷的溶液测量系统。在此实验过程中，需要：掌控Arduino的工作原理、掌握光敏模块的工作原理、熟悉传感器模块间的连接方式和学会正确驱动传感器，达到响应的目的。除此之外，在实验的过程中，还需要进行各种调试，直到主板能正常作业，各模块没有任何问题为止。
1.4本节概括
本章首先阐述了课题的来源、背景和意义，并对国内外相关研究现状进行
了简要的总结和讨论，然后归纳了本课题所研究的主要内容和工作。
第二章系统相关原理及总体方案设计
2.1本课题具体研究内容和工作
主要研究内容包括系统总体方案设计，系统软、硬件设计和实验数据处理及验证三部分。
（1）系统总体方案设计
系统总体方案测量原理确定及测量方法的选用，整个系统的结构框架，及系统所需要实现的各种要求。就此次实验而言，系统总体要求方便、简单、可靠，其基本功能要求如下:
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究前景 1
1.2国内外探索方向和目前形势 1
1.3此次实验主要研究工作 2
1.4本节概括 2
第二章 系统相关原理及总体方案设计 3
2.1本课题具体研究内容和工作 3
2.2浊度的理论概念 3
2.3测量水浊度的两种方法 4
2.4两种基本测量方法的适用规范 5
2.5本节概括 5
第三章 选择适用的光源和光电探测器 6
3.1确定适用的光源 6
3.2确定适用的光电探测器 7
3.3本节概括 8
第四章 硬件介绍及设计 9
4.1Arduino系统介绍 9
4.2数据 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
显示和存储 10
4.3系统整体连接 12
4.4本节概括 14
第五章 实验数据处理与分析 15
5.1选择合适的入射角度 15
5.2不同溶液的光照曲线 15
5.3实验结果及证明 20
5.4本节概括 21
第六章 结论与展望 22
6.1全实验过程总结 22
6.2对未来的展望 22
6.3本节概括 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 26
附录B 27
第一章绪论
1.1课题研究前景
随着现代科学技术的逐步发展，以及现代科技技术、科学器件的不断创新和突破，光电学术技术[][]与溶液检测技术已经深入应用到军事战争、地理位置、环境学、生物医学及农作业生产等许多领域中，并得到了广大人民的认可和广泛的应用。在现实生活中所要测量的信息数值几乎都是物理量，如湿度[]、温度、照度[]等。正常情况下，首先需要用能把光学信号转换成电信号的装置或器件，然后用光电传感器[]或光电处理装置将这些光信号处理转换成为电信号。电信号经过放大处理后转换成计算机数据传入计算机，最后将这些物理量进行检测、控制、计算和显示等。
1.2国内外探索方向和目前形势
随着科学技术的日新月异，多种传感器技术[][]被用于不同溶液的测量系统，如:溶液介质、光密度、光透度等，观察从传感器接受到的数值就可以估算出溶液的密度等。然而，对溶液测量[]的研究却并不常见，其主要原因归结为:实验过程传感器会占用非常大的空间，这个因素会对整个实验过程所测的物理量产生明显的影响。
针对溶液浓度测量的研究，国内外都取得了较大的进展，这其中，运用光学测量是一个运用性比较广泛的方法，纵观全球，基于光学测量的设备和仪器被许多研究人员和国际性企业所研究和开发，并运用到生物医学领域、环境卫生和军事战争领域等，实现了溶液的测量。
国外方面，Schmidt Hager等设计了运用于摇瓶所培养的非入侵式生物量测量[]系统、Kristiina Kiviharju等总结了多种运用于浊度测试[]的光学探头、Roland Ulber等通过光学测量方法总结出紫外光和红外光谱。
国内方面，赵霞等运用了光学术理论对悬浊液的传播机理进行了深入的探讨和研究、胡新宇等利用了光吸收和散射与微生物之间的关系建立了一种生物量浓度检测规范。
根据获取光学信号的本质不同，光学传感器可以归类为折射、吸收、反光和散射等多种类型。考虑到本课题主要的研究对象为透明溶液，在实现溶液测量的同时，希望尽可能不对环境和溶液造成二次污染[]，因此本文主要对吸收和折射的情形进行了简单的探讨。
随着大规模光电传感技术的研究和发展，溶液测量变得不再那么麻烦，相比之下，溶液测量变得十分简便，而溶液测量技术几乎成为了大部分测量系统的准备工作，因此，大多数研究人员在针对这个现象发明了基于光纤的溶液测量系统等，其中，基于光敏传感器[][]的溶液测量系统显得较为方便和实用。
1.3此次实验主要研究工作
基于国内外的研究现状，结合目前国内溶液测量技术所存在的问题，本文以Arduino[][][]为开发平台，结合SD卡模块和光敏传感器模块，研制一种便捷的溶液测量系统。在此实验过程中，需要：掌控Arduino的工作原理、掌握光敏模块的工作原理、熟悉传感器模块间的连接方式和学会正确驱动传感器，达到响应的目的。除此之外，在实验的过程中，还需要进行各种调试，直到主板能正常作业，各模块没有任何问题为止。
1.4本节概括
本章首先阐述了课题的来源、背景和意义，并对国内外相关研究现状进行
了简要的总结和讨论，然后归纳了本课题所研究的主要内容和工作。
第二章系统相关原理及总体方案设计
2.1本课题具体研究内容和工作
主要研究内容包括系统总体方案设计，系统软、硬件设计和实验数据处理及验证三部分。
（1）系统总体方案设计
系统总体方案测量原理确定及测量方法的选用，整个系统的结构框架，及系统所需要实现的各种要求。就此次实验而言，系统总体要求方便、简单、可靠，其基本功能要求如下:
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