# 自製 Arduino 比色計(光度計)
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[TOC]

🌟
# 構想
最近剛好有一些構想
在水質檢測中常見使用比色法或是分光光度計
又或者在一些快篩試劑是使用肉眼判斷顏色深淺的變化
這些現象可以用比爾─朗伯定律(Beer-Lambert Law)說明
此定律是一個光學基礎定律
當光穿透樣品溶液時，光的吸收度與吸收係數、光徑長、濃度三者均呈正比
實驗上若是控制好光徑長
吸收係數為代測的融解物質常數
不同物質對不同光譜的吸收能力不同
所以在此測試過程中吸光度與濃度為正比關係

而這次構思使用TCS34725作為光強度感測器
若是要降低成本也可以使用光敏電阻取代
但其分析解析度可能會應此降低
而在光源的部分無法做到像分光光度計一樣使用光柵
所以使用WS2812作為光源
或是簡單也可以使用單色的LED取代
再裝一個I2C接腳的OLED螢幕作為結果顯示

# 材料
- Arduino控制板
-
- TSC34725顏色感應器
- 
- WS2812可程控LED 或是 多色LED
- 
- SSD1306 0.96吋 OLED
- 
- 10K 電阻
- 跳線若干條
- 焊接裝備
- 3D print或是紙箱厚紙板等製作外盒
- 分光槽或是方形玻璃杯作為溶液測量器皿
- 

# 電路配置圖



然而TCS34725與OLED都是使用I2C連線
所以在SCK與SDA接腳上需要上需要上拉一個10K歐姆的電阻

# Arduino程式碼

//       5 V
//        |
//        |------------10K
//      10 K            |     
//        |             |
// A5 <---┴--> SCL      |
// A4 <--------------------> SDA
#include <Wire.h>
#include "Adafruit_TCS34725.h"

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels

// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

/* Example code for the Adafruit TCS34725 breakout library */

/* Connect SCL    to analog 5
   Connect SDA    to analog 4
   Connect VDD    to 3.3V DC
   Connect GROUND to common ground */

/* Initialise with default values (int time = 2.4ms, gain = 1x) */
// Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725();

/* Initialise with specific int time and gain values */
Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725(TCS34725_INTEGRATIONTIME_700MS, TCS34725_GAIN_1X);

void setup(void) {
  Serial.begin(9600);

  if (tcs.begin()) {
    Serial.println("Found sensor");
  } else {
    Serial.println("No TCS34725 found ... check your connections");
    while (1);
  }

  // Now we're ready to get readings!
   if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { // Address 0x3D for 128x64
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;);
  }
  delay(2000);
  display.clearDisplay();

  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0, 10);
  // Display static text
  display.println("Hello, world!");
  display.display(); 
}

void loop(void) {
  uint16_t r, g, b, c, colorTemp, lux;

  tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);
  // colorTemp = tcs.calculateColorTemperature(r, g, b);
  colorTemp = tcs.calculateColorTemperature_dn40(r, g, b, c);
  lux = tcs.calculateLux(r, g, b);

  Serial.print("Color Temp: "); Serial.print(colorTemp, DEC); Serial.print(" K - ");
  Serial.print("Lux: "); Serial.print(lux, DEC); Serial.print(" - ");
  Serial.print("R: "); Serial.print(r, DEC); Serial.print(" ");
  Serial.print("G: "); Serial.print(g, DEC); Serial.print(" ");
  Serial.print("B: "); Serial.print(b, DEC); Serial.print(" ");
  Serial.print("C: "); Serial.print(c, DEC); Serial.print(" ");
  Serial.println(" ");

  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0,0);
  display.println("R: " );
  display.setCursor(20,0);
  display.println(r, DEC);
    display.setCursor(0,20);
  display.println("G: " );
  display.setCursor(20,20);
  display.println(g, DEC);
    display.setCursor(0,40);
  display.println("B: " );
  display.setCursor(20,40);
  display.println(b, DEC);
  display.display();
}

# 外殼製作
我這次使用3D印表機的方式建立設備的外殼
在測試了幾個方案過後

有了最終可用的版本
可惜在轉軸的部分設計與印表機的精密度問題沒有得到預期的效果
但使用上已經沒有問題了
> [STL檔下載](https://1drv.ms/u/s!AuqcoLPA0_SIkI9u-WDzwRUg6ty4WQ?e=t3oJ1u)





## 測試與後續規劃
設定WS2812發出綠光
但其TCS34725並不是只有G值
其餘B藍色也是有相對高的數值
可能原因為WS2812的光譜並不是單純綠色
後續簡單的使用兩種不同溶液進行測試
可以發現在不同顏色的強度都有下降的情況
有機會我在配置檢量線來測試是否具線性關係




### 更新
後來在網友的提醒下
我找到了下面這張圖
TCS34725為採用吸收濾波器(absorption filters)的RGB感測器的波長特徵在於RGB範圍都有大面積的重疊


>[參考資料](https://www.taiwansensor.com.tw/wp-content/uploads/2018/08/TCS34725-DATASHEET.pdf)

發現有Adafruit AS7262光譜模組
可已有更好的分辨效果
具有6個集成的可見光感應通道，分別用於紅色，橙色，黃色，綠色，藍色和紫色

全文分享至

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[參考資料](https://cdn-learn.adafruit.com/assets/assets/000/052/623/original/AS7262_DS000486_2-00_%281%29.pdf?1522179774)