摘要：为了便利对日常用水氯离子和PH精确快速检测，将单片机AT89S52与高分辨率可编程色彩传感器TCS230相结合，提出了一种根据色彩传感器TCS230的氯离子和PH检测的新办法，给出了该仪器的硬件规划电路以及输出检测成果的程序流程。TCS230直接将PH试纸和氯离子试纸的色彩转化成色彩重量，通过单片机处理得到检测成果。
关键词：色彩传感器TCS230；试纸；单片机；操控电路
水质问题一直是人们较为关怀的问题之一，水质的好坏将会严重影响身体健康和工业生产。饮用水首要考虑对人体健康的影响，其水质规范除有物理目标、化学目标外，还有微生物目标；对工业用水则考虑是否影响产品质量或易于危害容器及管道。可是不管是日子饮用水和工业用水的检测规范，PH值和氯离子浓度都是比较重要参数。若饮用水氯离子含量到达250 mg／L，相应的阳离子为钠时，会感觉到咸味：水中氯化物含量较高时，会危害金属管道和建筑物，并阻碍植物成长。别的，我国自来水遍及选用氯化消毒，研讨标明：通过氯化消毒的水中，三氯、四氯甲烷等致癌有害物质，现已超越300种。因而对水中PH值和氯离子浓度的操控越来越得到人们的注重。要完成对水中PH值和氯离子浓度的精确操控，首要要对水质进行检测，精确了解水样中PH值和氯离子的浓度。所以PH值和氯离子的检测在环保、供水、食物等职业运用广泛。当今家庭对水的PH检测首要通过半定量的人工试纸法。该办法但受人为因素太大，同一个样品不同的剖析人员可能会得到不同的检测成果。也有选用比较电化学测定法。商场比较常见的PH便携仪，此仪器由主机和电极组成，操作过程中需求增加缓冲剂等药品。但此办法需求在水样中增加缓冲剂等化学药品，操作比较繁琐；而且PH计探头外表极为灵敏，简略被水样中油份等杂质污染，然后影响检测精度和剖析质量。为此，把高精度的色彩传感器同单片机结合起来，在试纸法中，用计算机代替人眼去判别色彩，然后进步精度，削减差错，完成了水样PH值快速、无污染、不需求增加药品、削减人为因素影响的定量检测。
1 TCS230色彩传感器
TCS230是TAOS公司推出的可编程五颜六色光到频率的转化器。它把可装备的硅光二极管与电流频率转化器集成在一个单一的CMOS电路上，一起单一芯片上还集成了红、绿、蓝(简称RGB)3种滤光器，其输出为一列占空比为50％的方波，输入的光强和方波的频率线性相关，不同的滤光器只答应某种特定的原色通过，阻挠其它原色的通过，例如：当挑选赤色滤波器时，入射光中只要赤色光线能够通过，蓝色和绿色都被隔绝，这样就能够得到赤色光的光强；同理，挑选蓝色和绿色滤波器，就能够得到蓝光和绿色光的光强，通过检测到的色彩重量3个值，就能够剖析投射到TCS230传感器上的光的色彩。本仪器是运用检测到的色彩重量与规范的色卡进行比照，然后输出相应的PH值或氯离子浓度。TCS 230的输出信号是数字量，能够驱动规范的TTL或CMOS逻辑输入，因而可直接与微处理器或其它逻辑电路相衔接。由于输出的是数字量，而且能够完成每个五颜六色信道10位以上的转化精度，因而不再需求A／D转化电路，使电路变得更简略。图1是TCS230的引脚封装和功用框图。S2和S3用于挑选滤波器的类型；OE输出使能引脚，可操控输出情况。当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片供应作业电压。
图2是S0、S1及S2、S3的有用组合。其间L和H别离表明低电平、高电平。S0和S1用于选着频率输出的份额因子或电源关断形式；S2和S3用于选着可通滤波器的类型。
2 硬件规划
体系硬件规划首要包含4部分：1)数据收集体系，首要包含光源的挑选、传感器的排布以及TCS230运用时的外界条件设置；2)以89S52单片机为中心的操控部分，完成对试纸色彩信号输出频率的读取以及与规范的比色卡比照，把RGB值转化为氯离子浓度或PH值，3)操控面板模块，首要包含数码管、LED闪现以及按键；4)是电源模块。
2．1 数据收集体系规划
在自然环境下，时节改换、天气情况、空气搅动、外界隐瞒都会影响照明情况。为此选用型号为ZX-35288W42-1的白色高亮LED灯，它的正向电压为3．0～3．4 V；发光强度为1 500-2 000MCD；正向电流为20 mA；发光视点为120度；色温为2700～25 000 K。不同的光照条件下，同一片试纸也会闪现不同的色彩。为了扫除外界环境的搅扰，并固定光源、被测试纸和RGB色彩传感器，为本仪器规划了避光的收集探头。光源和传感器都安置于密闭空间内如图4所示。为了便利试纸的固定装置规划了试纸槽。把光源和传感器别离固定在两块独立的PCB板上，便利密闭空间的装置与调试，该收集探头以5个TES230芯片为中心，配以相对应的5只相同的白色发光二极管，选用纯白光源，以保证照光源的安稳。图3是咱们检测的原理，在密闭全黑的环境下，LED灯宣布白光，照耀到试纸上，试纸将本身的色彩的光反射给TCS230，不同色彩的光，波长不同，频率也不同，传感器将光信号转化为脉冲数，再输出传给单片机。
当光源照耀试纸的色彩闪现区域，通过操控滤波器选着引脚S2和S3，然后使TCS230芯片收集到反射回来的不同频率的光线，然后可精确的收集色彩重量RGB，通过单片机处理后输出数据。如图4所示，为试纸色彩收集探头结构示意图。
2．2 以单片机为中心的操控部分
AT89S52具有8k字节的Flash，256字节的RAM，32位I／O口线，一个看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器／计数器，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。别的，AT89S52可作业在0 Hz静态逻辑下，支撑2种软件的可挑选节电形式。闲暇形式下，CPU中止作业，答应RAM、定时器／计数器、串口、中止持续作业。掉电维护办法下，RAM的内容被保存，振荡器被冻住，单片机中止一切作业，直到下一个硬件复位或中止停止，这样就有利于仪器在户外电池供电情况下长期运用。以AT89S52单片机为中心的操控电路首要包含色彩辨认电路和数码管闪现电路，在色彩辨认电路中，用AT89S52单片机的P0口通过锁存器74H573别离对5个TCS230逻辑引脚OE进行操控，让5个传感器顺次作业，将输出频率分频系数份额的操控引脚S0，S1别离接到P1．1和P1．3口，RGB色彩重量的挑选操控引脚S2，S3别离接到P1．5和P1．4口，通过对这几个端口凹凸电平值的写入编程，完成对TCS230几个逻辑引脚挑选的自动操控。传感器电路衔接如图5所示。
2．3 操控面板模块
操控面板模块首要包含数码管、LED闪现以及按键。数码管闪现部分通过两个锁存器74H573别离操控数码管闪现的位选和段选，来完成数码管的动态闪现，用来闪现终究输出的氯离子浓度或PH值。LED由红绿黄3种色彩的灯组成，绿色代表氯离子浓度或PH值处于健康范围内；黄色代表氯离子浓度或PH值符合要求；赤色代表氯离子浓度或PH值超出饮用水规范。按键部分完成3个功用，氯离子检测、PH值检测、白平衡。
2．4 电源电路的规划
色彩采样体系有必要选用安稳的直流电源，并要求电源有很好的安稳性。由于电源电压的动摇可形成LED灯亮度的不安稳；尽管TCS230色彩传感器的抗电源扰动才能很强，但其内部芯片对电源安稳性的要求很高，电压的动摇可形成A／D转化的不安稳。
本仪器为了习惯各种作业场所的需求，供应了3种电源供应办法：
1)用新英公司型号为XY-965K的220 V转5 V的稳压电源；
2)可充电锂电池通过MAX667调压后可供户外供电，max667是低失稳电压线性正稳压器，最大输出电流为250 mA，空载时静态电流20 μA，输出200 mA时典型失稳电压为150 mV，电路含有欠压检测器以检测电源毛病，关断操控使输出制止，关断情况的静态电流降为0．2μA。max 667具有2种作业形式，以挑选输出电压，能够内部设定+5 V输出，或由外部电阻设定+1．3～16 V可调输出。本仪器设定为+5 V输出。
3)通过24 V的开关电源通过以下电路得到安稳的5 V电源如图6所示，首要用于色卡数据库的树立实验。
3 软件规划
色彩检测体系包含白平衡校对子程序、色彩采样子程序与色彩比较子程序如图7所示。其间白平衡校对子程序用于色彩标定，色彩比较子程序又分为氯离子和PH检测子程序。白平衡便是告知体系什么是白色，理论上白光是由等量的赤色、绿色和蓝色混合而成的，可是实际上白光照耀下RGB色彩传感器的色彩重量输出并不持平，由于传感器对3种基本性的灵敏性是有差异的，因而白平衡校对是十分必要的，通过白平衡得到R、G和B的3个调整参数，当用TCS230辨认色彩时，就用这3个参数来调整采样的三色彩重量RGB。然后通过单片用调整后的值通过色彩比较子程序查表得到对应的氯离子浓度或PH值。程序流程图如图7所示。
4 定论
文中提出一种根据色彩传感器试纸检测的新办法，针对现有试纸检测办法首要靠人眼调查存在的缺乏，创造性的将色彩传感器引进试纸检测办法中，大大进步了试纸检测精度，除了能检测PH和氯离子外，还能够运用到一切试纸检测办法。整个仪器外观美丽、本钱低价、操作便利。通过实验本仪器功能牢靠，并能很好的完成家庭用水检测。
