Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay là một hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu dựa trên nền tảng Bluetooth Low Enegy. Hệ thống này tập trung vào việc xử lý các giá trị quang phổ trong dải ánh sáng khả kiến từ 340 - 780nm. Các đặc trưng nhất của hệ thống chính là kích thước nhỏ gọn, tiện lợi, dễ dàng sử dụng và cho độ chính xác tương đối so với các hệ thống chuyên dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học MÁY PHÂN TÍCH PHỔ ÁNH SÁNG CẦM TAY Nguyễn Tiến Lộc* Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: nguyentienloc001@gmail.com TÓM TẮT Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay là một hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu dựa trên nền tảng Bluetooth Low Enegy. Hệ thống này tập trung vào việc xử lý các giá trị quang phổ trong dải ánh sáng khả kiến từ 340 - 780nm. Các đặc trưng nhất của hệ thống chính là kích thước nhỏ gọn, tiện lợi, dễ dàng sử dụng và cho độ chính xác tương đối so với các hệ thống chuyên dụng. Từ khóa: Quang phổ, BLE. HANDHELD SPECTROMETER Nguyen Tien Loc* University of Science – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: nguyentienloc001@gmail.com ABSTRACT Handheld spectrometer is a data acquisition system base on Bluetooth Low Energy. This system focus in processing spectra signal from 340 - 780nm. The most characteristic of system are small, convenient, easing to use and good accuracy compare with professional system. Keywords: Spectrometer, BLE. TỔNG QUAN thiết bị. Đề tài này tập trung vào việc xây dựng Phần thiết bị giao tiếp với máy tính hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu cũng bao gồm một SoC NRF51822. quang phổ trên nền tảng giao thức SoC làm nhiệm vụ giao tiếp với thiết bị Bluetooth Low Energy (BLE). đọc dữ liệu quang phổ thông qua một Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay quy chuẩn được định nghĩa từ trước được xây dựng trên cơ sở của một hệ (BLE profile) để lấy dữ liệu và đưa dữ thống thu thập dữ liệu cơ bản. Hệ thống liệu sang máy tính thông cổng serial. này sẽ bao gồm ba phần chính là thiết Thiết bị giao tiếp với máy tính này bị đọc dữ liệu quang phổ, thiết bị giao được thiết kế đơn giản, theo hình thức tiếp với máy tính và phần mềm hiển thị USB dongle giúp cho việc kết nối với dữ liệu quang phổ trên máy tính. Thiết máy tính dễ dàng, thuận tiện. Nhờ tách bị đọc dữ liệu quang phổ bao gồm một biệt giữa phần đọc quang phổ và phần cảm biến ánh sáng C12666MA cho giao tiếp với máy tính nên máy phân phép phân tích các phổ ánh sáng trong tích quang phổ cầm tay sẽ sử dụng dải phổ từ 340-780nm. Cảm biến này được linh hoạt hơn. được SoC NRF51822 đọc, xử lý dữ Sau cùng là ứng dụng phân tích quang liệu thông qua các mạch đệm tín hiệu phổ chạy trên máy tính. Ứng dụng này rồi chuyển tiếp cho thiết bị giao tiếp được xây dựng trên nền tảng QT nên với máy tính thông qua kết nối BLE. có thể dùng được với cả hệ điều hành Ngoài ra thiết bị đọc tín hiệu còn có Windows và các hệ điều hành nhân khối nguồn cung cấp năng lượng cho Linux. Nhiệm vụ chính của ứng dụng 165
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học này là lấy dữ liệu nhận về từ cổng NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG serial, sau đó xử lý và hiển thị giá trị PHÁP NGHIÊN CỨU quang phổ trên giao diện người dùng. Nguyên liệu Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống Phần đọc cảm biến ComPort. Đây là bộ phận trực tiếp thu nhận các Nguồn nuôi: Cung cấp năng lượng cho giá trị quang phổ mà cảm biến đọc mạch điện. được, sau đó dữ liệu được số hóa và Ứng dụng phân tích quang phổ trên truyền về máy tính thông qua giao thức máy tính: Đây chính là nơi các kết quả BLE. về quang phổ được biểu diễn cho người Phần đọc cảm biến bao gồm các thành dùng một cách trực quan nhất. Phần phần: Cảm biến C12666MA - Cảm mềm này được viết trên nền tảng Qt biến phân tích quang phổ sử dụng công nên có thể chạy trên nhiều hệ điều hành nghệ MEM, cho kích thước nhỏ, gọn. khác nhau như Linux, window… Mạch đệm: Đóng vai trò trung gian, Phương pháp nghiên cứu chuyển đổi mức điện áp giữa các thành Việc nghiên cứu bao gồm các quá trình phần trong mạch điện. như sau: SoC NRF51822: SoC vừa để xử lý các Xây dựng hệ thống phần cứng giá trị đọc được từ cảm biến vừa để Từ các nguyên liệu ở trên, tiến hành điều khiển các tín hiệu BLE. xây dựng cụ thể hệ thống phần cứng Nguồn nuôi: Cung cấp năng lượng cho qua các bước: Vẽ sơ đồ nguyên lý của toàn bộ hệ thống. hệ thống, vẽ layout cho mạch điện, gia Phần giao tiếp với máy tính công mạch điện và lắp ráp linh kiện và Không phải máy tính nào cũng được thiết kế vỏ hộp và in 3D. trang bị Bluetooth nên phần giao tiếp Lập trình firmware cho thiết bị đọc với máy tính chính là cầu nối trung cảm biến và thiết bị giao tiếp với máy gian để trung chuyển dữ liệu từ phần tính đọc cảm biến sang máy tính, trong đó Firmware này phải đọc được giá trị bao gồm: SoC NRF51822: SoC để cảm biến và truyền nhận dữ liệu thông nhận dữ liệu từ BLE, IC CP2102 - IC qua BLE. Để làm được điều này cần giao tiếp với máy tính. Nhờ có IC này triển khai BLE Profile trên cả thiết bị mà dữ liệu từ SoC NRF51822 có thể đi đọc cảm biến và thiết bị giao tiếp máy qua máy tính dưới dạng Serial tính. 166
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học BLE profile là tổng hợp các tiêu chuẩn Phần mềm xây dựng có giao diện dễ sử kết nối mà người dùng định nghĩa cho dụng, hỗ trợ việc bắt và lưu dữ liệu. một kết nối BLE. Hai thiết bị BLE muốn nói chuyện được với nhau thì KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN phải có chung các thiết lập về BLE Phân tích quang phổ các màu sắc trên profile. BLE Profile cho phép thiết lập màn hình LCD. các thông số về tốc độ truyền nhận dữ Khác với các màu sắc trong tự nhiên, liệu, thiết bị nào được phép kết nối, số các màu sắc hiển thị trên màn hình dữ liệu được gửi đi trong một khung LCD thực ra là sự phối trộn của các truyền,… màu đỏ (Red), xanh lá cây (Green), Lập trình phần mềm hiển thị kết quả. xanh nước biển (Blue). Hình 2. Kết quả phân tích quang phổ màu trắng trên màn hình LCD Xây dựng đường chuẩn hấp thụ Độ hấp thụ của dung dịch sẽ thay đổi NH4+ theo bước sóng ánh sáng truyền qua Định luật hấp thụ Beer-Lambert, A = dung dịch. Một số bước sóng sẽ được ɛlc. Công thức của độ hấp thụ là A = hấp thụ nhiều hơn các bước sóng khác, ɛlc. phụ thuộc vào thành phần của dung Độ hấp thụ có thể được tính theo tỷ số dịch. giữa cường độ tia sáng tới và cường tia Dựa vào định luật hấp thụ trên để xây sáng ló. Ta có công thức là A = dựng đường chuẩn hấp thụ của NH4+ log10(Io/I). với ánh sáng ở bước sóng 625nm. Hình 3. Kết quả xây dựng phương trình đường chuẩn hấp thụ của NH4+ 167
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học KẾT LUẬN từ đó có thể xác định được màu sắc của Đề tài đã hiện thực được các yêu cầu các vật thể. Về mặt định lượng, trong như kích thước nhỏ, gọn, thuận tiện thí nghiệm đo độ hấp thụ của NH4+, cho việc di chuyển và sử dụng. Về mặt thiết bị đã thể thiết lập được phương định tính, thiết bị đã phân tích được các trình đường chuẩn, từ đó xác định được bước sóng trong dải ánh sáng khả kiến nồng độ NH4+. TÀI LIỆU THAM KHẢO KEVIN TOWNSEND, CARLES CUFI, AKIBA, AND ROBERT DAVIDSON. Getting Started with Bluetooth Low Energy. 1st edition, 2014 p15-74. LEE ZHI ENG. Qt5 C++ GUI Programming Cookbook. 1st edition, 2016. p134- 202. ANSHUMAN J. DAS, AKSHAT WAHI, ISHAN KOTHARI & RAMESH RASKAR. Ultra-portable, wireless smartphone spectrometer for rapid, non-destructive testing of fruit ripeness. Scientific Reports, 08 September 2016. HAMAMATSU. Micro-spectrometer C12666MA Technical information. Feb. 2016. 168