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.
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 TĨM TẮT Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay hệ thống thu thập xử lý liệu dựa tảng Bluetooth Low Enegy Hệ thống tập trung vào việc xử lý giá trị quang phổ dải ánh sáng khả kiến từ 340 - 780nm Các đặc trưng hệ thống kích thước nhỏ gọn, tiện lợi, dễ dàng sử dụng cho độ xác tương đối so với 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 Đề tài tập trung vào việc xây dựng hệ thống thu thập xử lý liệu quang phổ tảng giao thức Bluetooth Low Energy (BLE) Máy phân tích phổ ánh sáng cầm tay xây dựng sở hệ thống thu thập liệu Hệ thống bao gồm ba phần thiết bị đọc liệu quang phổ, thiết bị giao tiếp với máy tính phần mềm hiển thị liệu quang phổ máy tính Thiết bị đọc liệu quang phổ bao gồm cảm biến ánh sáng C12666MA cho phép phân tích phổ ánh sáng dải phổ từ 340-780nm Cảm biến SoC NRF51822 đọc, xử lý liệu thơng qua mạch đệm tín hiệu chuyển tiếp cho thiết bị giao tiếp với máy tính thơng qua kết nối BLE Ngồi thiết bị đọc tín hiệu cịn có khối nguồn cung cấp lượng cho thiết bị Phần thiết bị giao tiếp với máy tính bao gồm SoC NRF51822 SoC làm nhiệm vụ giao tiếp với thiết bị đọc liệu quang phổ thông qua quy chuẩn định nghĩa từ trước (BLE profile) để lấy liệu đưa liệu sang máy tính thơng cổng serial Thiết bị giao tiếp với máy tính thiết kế đơn giản, theo hình thức USB dongle giúp cho việc kết nối với máy tính dễ dàng, thuận tiện Nhờ tách biệt phần đọc quang phổ phần giao tiếp với máy tính nên máy phân tích quang phổ cầm tay sử dụng linh hoạt Sau ứng dụng phân tích quang phổ chạy máy tính Ứng dụng xây dựng tảng QT nên dùng với hệ điều hành Windows hệ điều hành nhân Linux Nhiệm vụ ứng dụng 165 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 lấy liệu nhận từ cổng serial, sau xử lý hiển thị giá trị quang phổ giao diện người dùng Kỷ yếu khoa học NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu Hình Sơ đồ khối hệ thống Phần đọc cảm biến ComPort Đây phận trực tiếp thu nhận Nguồn nuôi: Cung cấp lượng cho giá trị quang phổ mà cảm biến đọc mạch điện được, sau liệu số hóa Ứng dụng phân tích quang phổ truyền máy tính thơng qua giao thức máy tính: Đây nơi kết BLE quang phổ biểu diễn cho người Phần đọc cảm biến bao gồm thành dùng cách trực quan Phần phần: Cảm biến C12666MA - Cảm mềm viết tảng Qt biến phân tích quang phổ sử dụng cơng nên chạy nhiều hệ điều hành nghệ MEM, cho kích thước nhỏ, gọn khác Linux, window… Mạch đệm: Đóng vai trị trung gian, Phương pháp nghiên cứu chuyển đổi mức điện áp thành Việc nghiên cứu bao gồm trình phần mạch điện sau: SoC NRF51822: SoC vừa để xử lý Xây dựng hệ thống phần cứng giá trị đọc từ cảm biến vừa để Từ nguyên liệu trên, tiến hành điều khiển tín hiệu BLE xây dựng cụ thể hệ thống phần cứng Nguồn nuôi: Cung cấp lượng cho qua bước: Vẽ sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống hệ thống, vẽ layout cho mạch điện, gia Phần giao tiếp với máy tính cơng mạch điện lắp ráp linh kiện Khơng phải máy tính thiết kế vỏ hộp in 3D trang bị Bluetooth nên phần giao tiếp Lập trình firmware cho thiết bị đọc với máy tính cầu nối trung cảm biến thiết bị giao tiếp với máy gian để trung chuyển liệu từ phần tính đọc cảm biến sang máy tính, Firmware phải đọc giá trị bao gồm: SoC NRF51822: SoC để cảm biến truyền nhận liệu thông nhận liệu từ BLE, IC CP2102 - IC qua BLE Để làm điều cần giao tiếp với máy tính Nhờ có IC triển khai BLE Profile thiết bị mà liệu từ SoC NRF51822 đọc cảm biến thiết bị giao tiếp máy qua máy tính dạng Serial tính 166 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 BLE profile tổng hợp tiêu chuẩn kết nối mà người dùng định nghĩa cho kết nối BLE Hai thiết bị BLE muốn nói chuyện với phải có chung thiết lập BLE profile BLE Profile cho phép thiết lập thông số tốc độ truyền nhận liệu, thiết bị phép kết nối, số liệu gửi khung truyền,… Lập trình phần mềm hiển thị kết Kỷ yếu khoa học Phần mềm xây dựng có giao diện dễ sử dụng, hỗ trợ việc bắt lưu liệu KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân tích quang phổ màu sắc hình LCD Khác với màu sắc tự nhiên, màu sắc hiển thị hình LCD thực phối trộn màu đỏ (Red), xanh (Green), xanh nước biển (Blue) Hình Kết phân tích quang phổ màu trắng hình LCD Xây dựng đường chuẩn hấp thụ Độ hấp thụ dung dịch thay đổi theo bước sóng ánh sáng truyền qua NH4+ Định luật hấp thụ Beer-Lambert, A = dung dịch Một số bước sóng ɛlc Công thức độ hấp thụ A = hấp thụ nhiều bước sóng khác, ɛlc phụ thuộc vào thành phần dung Độ hấp thụ tính theo tỷ số dịch cường độ tia sáng tới cường tia Dựa vào định luật hấp thụ để xây sáng ló Ta có cơng thức A = dựng đường chuẩn hấp thụ NH4+ log10(Io/I) với ánh sáng bước sóng 625nm Hình Kết xây dựng phương trình đường chuẩn hấp thụ NH4+ 167 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 KẾT LUẬN Đề tài thực yêu cầu kích thước nhỏ, gọn, thuận tiện cho việc di chuyển sử dụng Về mặt định tính, thiết bị phân tích bước sóng dải ánh sáng khả kiến Kỷ yếu khoa học từ xác định màu sắc vật thể Về mặt định lượng, thí nghiệm đo độ hấp thụ NH4+, thiết bị thể thiết lập phương trình đường chuẩn, từ xác định 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 p134202 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 ... lượng cho giá trị quang phổ mà cảm biến đọc mạch điện được, sau liệu số hóa Ứng dụng phân tích quang phổ truyền máy tính thơng qua giao thức máy tính: Đây nơi kết BLE quang phổ biểu diễn cho người... LUẬN Phân tích quang phổ màu sắc hình LCD Khác với màu sắc tự nhiên, màu sắc hiển thị hình LCD thực phối trộn màu đỏ (Red), xanh (Green), xanh nước biển (Blue) Hình Kết phân tích quang phổ màu... tính theo tỷ số dịch cường độ tia sáng tới cường tia Dựa vào định luật hấp thụ để xây sáng ló Ta có cơng thức A = dựng đường chuẩn hấp thụ NH4+ log10(Io/I) với ánh sáng bước sóng 625nm Hình Kết xây