[發明專利]用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分實驗設備及方法

有效

• 申請號: 202010154314.2
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111189826B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 王重陽
• 申請（專利權）人: 上海中科教育裝備集團有限公司
• 主分類號: G01N21/80
• 分類號: G01N21/80;G01N21/01;G05B19/042;G06T7/136;G06T7/11;G06T7/13;G06V10/74;B01L9/02
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本發明公開了用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分實驗設備及方法，包括頂視攝像頭、學生云終端、前視攝像頭、pH值傳感器、電路盒、燒杯和實驗桌，所述實驗桌上安裝有學生云終端，所述學生云終端的前端安裝前視攝像頭，頂視攝像頭通過一固定在實驗桌上的折疊桿安裝于實驗桌上方，所述實驗桌上放置電路盒和燒杯，pH值傳感器固定在燒杯底部。本發明對前視攝像頭以及頂視攝像頭傳入的圖像進行處理，實現對用潔凈的玻璃棒從試管中蘸取待測液，滴在pH試紙一端以及觀察比較pH試紙顏色與比色板顏色，讀數兩個實驗操作的判斷，克服傳統的實驗器材無法準確的獲得待測溶液的pH值，進而對評分的準確性產生影響的缺陷。

技術領域

本發明涉及學生技術領域，特別涉及用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分實驗設備及方法。

背景技術

目前國內各省不同程度的將物理化學生物等實驗操作納入中考考核范圍之內，目前實驗操作考試主要依據評分點，由教師進行主觀評分，由于各個老師的評分尺度不同，導致評分不具備很好的客觀性，使用人工智能技術是一種較好的解決以上問題的方式，在使用pH試紙測量待測溶液pH值實驗中，需要考生對比pH試紙顏色以及比色板顏色來確定待測溶液的pH值，對于考生以及實驗教師都具有較大的主觀性，而且傳統的實驗器材無法準確的獲得待測溶液的pH值，進而對評分的準確性產生影響。

發明內容

本發明的目的在于提供用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分實驗設備及方法，本發明對前視攝像頭以及頂視攝像頭傳入的圖像進行處理，實現對用潔凈的玻璃棒從試管中蘸取待測液，滴在pH試紙一端以及觀察比較pH試紙顏色與比色板顏色，讀數兩個實驗操作的判斷，克服傳統的實驗器材無法準確的獲得待測溶液的pH值，進而對評分的準確性產生影響的缺陷，可以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分實驗設備，包括頂視攝像頭、學生云終端、前視攝像頭、pH值傳感器、電路盒、燒杯和實驗桌，所述實驗桌上安裝有學生云終端，所述學生云終端的前端安裝前視攝像頭，頂視攝像頭通過一固定在實驗桌上的折疊桿安裝于實驗桌上方，所述實驗桌上放置電路盒和燒杯，pH值傳感器固定在燒杯底部。

進一步地，還包括pH值比色板、pH試紙、表面皿、玻璃棒及計算機。

進一步地，電路盒由pH值傳感器模塊、單片機和藍牙發送模塊組成，所述pH值傳感器模塊和藍牙發送模塊均與單片機相連，pH值傳感器模塊還與所述pH值傳感器相連，藍牙發送模塊與學生云終端相連。

進一步地，所述單片機可以為樹莓派或Arduino其中的一種。

進一步地，所述學生云終端內置藍牙接收模塊，藍牙接收模塊與計算機相連。

進一步地，所述折疊桿之間的夾角為50度，頂視攝像頭距離實驗桌桌面的高度為80cm。

本發明提供另一種技術方案：一種用于pH試紙測量待測溶液pH值的智能評分的方法，包括以下步驟：

步驟1、首先從pH傳感器中獲取待測溶液pH值，并記錄該pH值對應pH比色板上顏色的序號；

步驟2、使用目標檢測方法從頂視攝像頭獲取的圖像中提取pH試紙以及pH比色板的bounding box并使用Canny算子提取pH試紙輪廓以及pH比色板輪廓信息；

步驟3、使用閾值將pH比色板上的不同顏色區域分割出來，并確定各個顏色區域的頂點坐標，之后從pH值傳感器中獲取實際pH值，并確定該pH值對應的顏色區域；

步驟4、使用訓練好的自編碼網絡提取pH值對應的顏色區域的特征向量，并與預先提取的標準比色板顏色特征向量作比較，尋找與pH試紙區域顏色像素點最相似的區域顏色并確定該區域，若pH值傳感器（4）得到的數值對應比色板區域，考生填寫的pH值對應的比色板區域以及確定的比色板區域相同，則認為考生讀數操作正確；