[发明专利]用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备及方法

权利要求书

1.用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，包括顶视摄像头（1）、学生云终端（2）、前视摄像头（3）、pH值传感器（4）、电路盒（5）、烧杯（6）和实验桌（7），所述实验桌（7）上安装有学生云终端（2），所述学生云终端（2）的前端安装前视摄像头（3），顶视摄像头（1）通过一固定在实验桌（7）上的折叠杆安装于实验桌（7）上方，所述实验桌（7）上放置电路盒（5）和烧杯（6），pH值传感器（4）固定在烧杯（6）底部；

上述智能评分实验设备的评分方法，包括以下步骤：

步骤1、首先从pH值传感器中获取待测溶液pH值，并记录该pH值对应标准比色板上颜色的序号；

步骤2、使用目标检测方法从顶视摄像头获取的图像中提取pH试纸以及标准比色板的边界框并使用Canny算子提取pH试纸轮廓以及标准比色板轮廓信息；

步骤3、使用阈值将标准比色板上的不同颜色区域分割出来，并确定各个颜色区域的顶点坐标，之后从pH值传感器中获取待测溶液pH值，并确定该pH值对应的颜色区域；

步骤4、使用训练好的自编码网络提取pH试纸对应的颜色区域的特征向量，并与预先提取的标准比色板颜色特征向量作比较，寻找与pH试纸区域颜色像素点最相似的区域颜色并确定该区域，若pH值传感器（4）得到的数值对应比色板区域，考生填写的pH值对应的比色板区域以及确定的与pH试纸区域颜色像素点最相似的比色板颜色区域相同，则认为考生读数操作正确；

步骤5、若pH试纸边界框与确定的与pH试纸颜色最相近的比色板颜色区域边界框的距离在某一连续帧内小于设定的阈值，则认为考生已正确完成与比色板进行比较的操作。

2.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，还包括标准比色板、pH试纸、表面皿、玻璃棒及计算机。

3.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，电路盒（5）由pH值传感器模块（51）、单片机（52）和蓝牙发送模块（53）组成，所述pH值传感器模块（51）和蓝牙发送模块（53）均与单片机（52）相连，pH值传感器模块（51）还与所述pH值传感器（4）相连，蓝牙发送模块（53）与学生云终端（2）相连。

4.如权利要求3所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，所述单片机（52）可以为树莓派或Arduino其中的一种。

5.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，所述学生云终端（2）内置蓝牙接收模块，蓝牙接收模块与计算机相连。

6.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，所述折叠杆之间的夹角为50度，顶视摄像头（1）距离实验桌（7）桌面的高度为80cm。

7.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，使用目标检测算法从前视摄像头获取的图片中提取玻璃棒以及烧杯的边界框，若玻璃棒与烧杯边界框的IOU值在某一连续帧均大于设定的阈值则认为完成使用玻璃棒蘸取待测溶液操作。

8.如权利要求1所述的用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，其特征在于，使用目标检测算法从顶视摄像头获取的图片中提取pH试纸以及表面皿的边界框，若pH试纸与表面皿的边界框在某一连续帧内重合则认为pH试纸已置于表面皿上。