高精度玻璃管液位自动检测装置.pdf

第6期
郭万强等.高精度玻璃管液位白动检测装置
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高精度玻璃管液位自动检测装置
郭万强康玉婷
(上.海理工人学光电信息与计算机工程学院,上海200093
摘要基于600di接触式图像传感器和S3C2440处理器,设汁静态容积法液体流曼标准裝羅玻璃管
液位自动测量系统。试验结果表明;其计量相对误差在±0.10mm以内,而且能够测璗玻璃管内的有色
和无色液体的液位
关键词玻璃管液位计液位测量接触式图像传感器S3C2440处理器相对误差
中图分类号TH816
文献标识码B文章编号1000-3932(2015)06064504
静态谷积法流量标装凿中玻璃管液位计的
读数一殷由人工读取,读差人H准确率低。随着
智能技术的发展,基于也荷耦合器件( Charge Cou-
pled Devices,C:CD)或接触式图像传感器( Contact
Image Sensor,CIS)的玻璃管液位自动测量系统应
运而生。高分辨率的CCD不但价格昂贵,而且当
其测量对象变化较大吋,还需采用光学聚焦系统
或机槭随勍测暈机构辅助。根据CS感光元件线
阵排列的特点,完全可以实现液位的高精度测量,
文獻「1,2]介绍的液位测量装置的测量精度约
图1简化的静态容积法流量标准装置
0.5mm,且待测液体均为有色。
将600dpi高分辨率的CIS凿于玻璃管的
笔者采用600 dpi CIS和S3C2440处興器,将侧,另一侧用半行光源照射。由于有液体和无液
基于CIS的玻璃管液位测量系统的精度提至体的部分对光的折射率不同,所以CS上相应感
士0.10m,同时实现了有色和尤色液体液位的自光元件感应的光强不同,CS输出的视频信号中,
动测量。
有液体信号和尢液体信号的电压值就不同。通过
相应的A/D转换电路,将电压进行值分割,使
得有液体溜分对应的电压输出经A/D转换变为
1工作原理
零,这样在·个周期内,统计零的个数,就知道液
简化的静态谷积法流量标准装置中谷积测量
位的实际高虔
的示意图如图1所示,VI是?个标谁容器,其液2硬件组成
位与容积一一对应。如果知道U型连通器石侧
棊」600 dpi CIS和S3C2440处興器的玻璃管
珱璃管屮的液位,通过查表就能得到对应容器中液位测量系统的硬件绀成如图2所小。外置平行
液体的体积。假设V1的圆柱形半径为15cm,如光源与SV6134A4C-00型CIS分别位于玻璃管的
果液位误养1.0mm,则相应的体积误差为两侧。CS总长216mm,每毫米24个像素点,整
70.650mL;如果液位误差是0.1mm,则相对应的
个CIS共有5184个像素点,所以其最小分辩率
体积误差为7.065m。所以提高液位的測量精度达0.042mm
对于静态容积的测量有着重要的意义。
收稿日期:2015-05-11(修改稿
化工白动化及仪表
第42卷
AD馍块
串口通信
PWM
光
CIS
I.422B
显水电路
按键
Nandflash
图2玻璃管液位测量系统硬件框图
CIS的时序图如图3所示,Sv6134A4C-00型机干扰,所以需要进行数字淞波处理。首先,·次
CIS传感器的3个引脚分别是时钟引脚CP性读取多幅图像信息,然后分别对每·幅图像提
(4MIz)、使能引脚SI(問期1.5ms)和视频信马输取液位信息,最后采用去极值半均滤波法得到液
出引脚VOUT,在一帧图像信息中有效的像素点位的实际高度。HIFO读出的多幅图像信息连续
输出5184个,其余为无效信息。需要特別注意存储在一个内存空间开岸的数组区或内,所以快
的是,CP开始后的82个CLKS输出的信息是无速、准确地査倒每幅图像并计算出每幅图像中液
效的
位的高度信息是算法的关键。本软件采用快速査
2…82838485…52615526
找与统计方法实现,具相应算法流稈如图4所示
CP_?p?? JUULUURJULLLLULU
l2…………51835184
(丌始
YOUT 82 CI
依次遍历图像数组Ⅶ
5ms/Line for 600
找到突变点
给突变点处川一自顶长度1的
滑动窗∏,滑功比较
图3600 dpi CIS时序
测量系统的处理器采用S3C.240,该处皿器
是否为图像分界区
通过PWM实现CIS的高频时钟驱动。VOUT输
充计沖计数
出的视频信号通过A/ID转换后的数据存人缓存
到达图像临界区
器AIA422B中,行储·定的液位图像信息后,处理
器执行液位提取算法,将液位的当前高度实时屁
给突受点处加·自项长度2的
滑动窗1,滑动比较
示在数码管。
是合为图像分界区7
AL422B是一款伓储容量为393216 Byte x
8bit的FIFO存储芯片。A/D转换器采用
N
入数纽,图像帧总
ADS930,其有效电压转換范围1~2V,当输人在1
能满
~2V时输出非零,当输入为1V时输出为0,并H
通过试验发现当输入为1V以下肘输出也为零。
图4快速查找与统计算法流程
在测量时,通过调电路将VOUT输出信号中的
高低电平,分别调整至1V的两侧,则低于1V的
将FI上O读出的一组数据存人图像数组M「
有液体信号输出都为零,通过脉冲计数法就能计中,依次从数据头井始遍历,找釗第一个突变的
算出玻璃管液伓位的高度了。
点,即图像的分界点i
3系统软件
在突变点前加入一个长度为Ll的窗,然后对
在液位测量过程中,环境误差可能会引人随窗内数据进行处理,如果窗起始单元与窗结束单