[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

说明书

本发明公开了用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备及方法，包括顶视摄像头、学生云终端、前视摄像头、pH值传感器、电路盒、烧杯和实验桌，所述实验桌上安装有学生云终端，所述学生云终端的前端安装前视摄像头，顶视摄像头通过一固定在实验桌上的折叠杆安装于实验桌上方，所述实验桌上放置电路盒和烧杯，pH值传感器固定在烧杯底部。本发明对前视摄像头以及顶视摄像头传入的图像进行处理，实现对用洁净的玻璃棒从试管中蘸取待测液，滴在pH试纸一端以及观察比较pH试纸颜色与比色板颜色，读数两个实验操作的判断，克服传统的实验器材无法准确的获得待测溶液的pH值，进而对评分的准确性产生影响的缺陷。

技术领域

本发明涉及学生技术领域，特别涉及用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备及方法。

背景技术

目前国内各省不同程度的将物理化学生物等实验操作纳入中考考核范围之内，目前实验操作考试主要依据评分点，由教师进行主观评分，由于各个老师的评分尺度不同，导致评分不具备很好的客观性，使用人工智能技术是一种较好的解决以上问题的方式，在使用pH试纸测量待测溶液pH值实验中，需要考生对比pH试纸颜色以及比色板颜色来确定待测溶液的pH值，对于考生以及实验教师都具有较大的主观性，而且传统的实验器材无法准确的获得待测溶液的pH值，进而对评分的准确性产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备及方法，本发明对前视摄像头以及顶视摄像头传入的图像进行处理，实现对用洁净的玻璃棒从试管中蘸取待测液，滴在pH试纸一端以及观察比较pH试纸颜色与比色板颜色，读数两个实验操作的判断，克服传统的实验器材无法准确的获得待测溶液的pH值，进而对评分的准确性产生影响的缺陷，可以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分实验设备，包括顶视摄像头、学生云终端、前视摄像头、pH值传感器、电路盒、烧杯和实验桌，所述实验桌上安装有学生云终端，所述学生云终端的前端安装前视摄像头，顶视摄像头通过一固定在实验桌上的折叠杆安装于实验桌上方，所述实验桌上放置电路盒和烧杯，pH值传感器固定在烧杯底部。

进一步地，还包括pH值比色板、pH试纸、表面皿、玻璃棒及计算机。

进一步地，电路盒由pH值传感器模块、单片机和蓝牙发送模块组成，所述pH值传感器模块和蓝牙发送模块均与单片机相连，pH值传感器模块还与所述pH值传感器相连，蓝牙发送模块与学生云终端相连。

进一步地，所述单片机可以为树莓派或Arduino其中的一种。

进一步地，所述学生云终端内置蓝牙接收模块，蓝牙接收模块与计算机相连。

进一步地，所述折叠杆之间的夹角为50度，顶视摄像头距离实验桌桌面的高度为80cm。

本发明提供另一种技术方案：一种用于pH试纸测量待测溶液pH值的智能评分的方法，包括以下步骤：

步骤1、首先从pH传感器中获取待测溶液pH值，并记录该pH值对应pH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pH比色板的bounding box并使用Canny算子提取pH试纸轮廓以及pH比色板轮廓信息；

步骤3、使用阈值将pH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值传感器中获取实际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值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比色板区域相同，则认为考生读数操作正确；