一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置及其实现方法与流程

本发明涉及仪表转换技术领域，特别是涉及一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置及其实现方法。

背景技术：

仪表作为整个自动控制系统中非常重要的部分，能够最直观的提供给操作人员各项重要参数，是提高控制系统综合性能的重要方面之一。随着计算机软硬件技术、总线技术、电子技术等的迅猛发展，传统仪表需要升级。常规仪表对信号缺少数字化处理，读数不稳定，升级困难，输出接口较少，和DCS、PLC连接困难。

在需要升级控制系统的场合，常规仪表的处理是一个较大的难题。如果全部更换，费用相当高，而且也相当繁琐。还可能影响现有系统的运行。

综上所述，现有技术中对于常规仪表的数据处理及输出信息通信的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置，该装置对原有仪表和输入信号不做改动，不影响原有仪表精度和使用，且该装置可以直接连接PLC和DCS。

一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置，包括：

视觉输入电路，用于采集常规仪表显示的光学信号，并利用采样芯片将采集的光学信号变换变成数字量，通过端口读入主控制器；

主控制器，用于接收上述数字信号并进行数据处理，包括光学识别、数字滤波及标度变换，主控制器中构建虚拟仪表函数，标度变换后的数字量作为虚拟仪表函数的输入，在主控制器中内经过运算后，作为虚拟仪表的输出，通过显示装置进行显示。

进一步的，所述主控制器还将虚拟仪表的输出的信号以模拟量、数字量或总线输出。

进一步的，所述主控制器的输出直接连接至可编程控制器PLC或集散控制系统DCS。

进一步的，所述主控制器还将数据处理后的数据传输至存储器进行存储。

进一步的，所述主控制器还分别与显示回路、总线输出回路及输出回路相连。

进一步的，所述主控制器有电源供电。

进一步的，采集常规仪表显示的光学信号是通过摄像头或工业相机来采集。

进一步的，所述虚拟仪表函数为基于算法的虚拟仪表多输入多输出函数，输入为多个常规仪表的显示数据，输出为显示输出、总线输出、声像输出及数字量模拟量输出。

进一步的，所述主控制器为ARM控制器。

本发明还公开了一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置的实现方法，包括以下步骤：

步骤一：视觉采集：通过摄像头或工业相机采集常规仪表显示的光学信号，用采样芯片通过光电变换变成数字量，通过端口读入ARM；

步骤二：数据处理：ARM将采集到的数字量进行数据处理,对数字量进行光学识别、数字滤波及标度变换，在ARM内部，构建虚拟仪表函数，将标度变换后的数字量作为虚拟仪表函数的输入，在ARM内经过运算后，作为虚拟仪表的输出；

步骤三：显示输出：将虚拟仪表的输出的数据显示出来，并经过数字量、模拟量和总线输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的的转换装置对原有仪表和输入信号不做改动，不影响原有仪表精度和使用。

2、本发明的的转换装置虚拟仪表盘直观、界面友好、读数方便。

3、本发明的的转换装置可以直接对读进的原有仪表读数进行数字处理，如数字滤波，标度变换。

4、本发明的的转换装置扩充了原有仪表的输出，可以根据需要扩充数字量、模拟量或总线接口。

5、本发明的的转换装置用在已有控制系统升级上，不用改动原有仪表接线，最大限度的减小对原有系统的影响。

6、本发明的的转换装置可以直接连接PLC和DCS。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明基于ARM和视觉识别的仪表转换装置系统结构示意图；

图2为本发明基于ARM和视觉识别的仪表转换装置硬件示意图；

图3控制器的数据处理流程图；

图4本发明的虚拟仪表生成示意图；

图5常规仪表工作流程示意图；

图6虚拟仪表的输出流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在常规仪表的数据处理及输出信息通信不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置，该基于ARM和视觉识别的仪表转换装置中包括采用ARM M4架构的LPC4330作为系统的主控制器，在嵌入系统中采用C、C++开发视觉识别算法，数字化处理算法和各种总线接口程序。

发明是这样实现的，一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置，其显示为LCD屏幕，其采用ARM控制器作为控制核心。该转换装置包括ARM控制器、视觉芯片、若干信号转换处理电路以及显示屏。视觉芯片读取常规仪表读数，经信号转换处理电路转换成该ARM控制器能够识别的数字信号，该ARM控制器接收该数字信号并进行视觉识别，识别后信号进行数字化处理，包括滤波、标度变换、控制运算等。将结果经虚拟仪表程序变成虚拟仪表盘显示信息显示出来。同时经过模拟量、数字量或总线输出。

视觉识别算法可以用OpenCV开发，再经模拟软件测试。数字化处理程序的滤波程序，包括但不限于均值滤波、中值滤波等。数字化处理程序的标度变换包括但不限于加减乘除开方对数运算。数字化处理程序的控制运算包括比例积分微分运算或基于模型的控制运算。数字量输出包括继电器输出或晶体管输出。模拟量输出4～20毫安或0～10V信号，总线输出Modbus RTU或其他总线。

本申请的又一种实施例中，提供了一种基于ARM和视觉识别的仪表转换装置的转换方法，转换的基本设计思想将常规仪表的显示读数传递到ARM主控制器中，传递的方式是视觉芯片将显示的读数转为RGB信号，经过机器视觉算法转换成ARM可以识别的数字信号。视觉识别硬件由视觉芯片完成，视觉芯片的输出形式可以是不同,可以是RGB或其他形式。

系统结构图如图1所示，本设计系统总体由三个部分组成：

视觉采集：视觉芯片对常规仪表的读数进行采集，转成RGB信号。

数据处理：ARM将采集到的RGB信号进行必要的数据处理,经过一定的算法变成数字量信号。

显示输出：将数字化处理过的数据显示出来，并经过数字量、模拟量和总线输出。

具体实现过程：基于ARM和视觉识别的仪表转换装置的硬件结构图如图2所示，核心处理器采用ARM的LPC4330芯片，其主频最高可达到204MHz，ARM微控制器具有丰富的指令集、编程灵活，可以进行视觉识别。ARM主芯片外扩RAM，把接收到的数据进行预处理，内置虚拟仪表程序，直接显示出来。接口电路处理数字量模拟量和总线输出。

模拟量包括0～10V，4～20MA，数字量输出包括继电器输出，晶体管输出。输出总线包括232、485、MODBUS、CAN、CanOpen,Ethernet,Ethernet/IP、Profibus、Profinet。

本申请的另一种实施例子中，整体上，如图4所示，控制器的控制运算具体来讲，对常规仪表的数字显示量进行了运算。通过摄像头或工业相机采集常规仪表显示的光学信号，用采样芯片通过光电变换变成数字量，通过端口读入ARM。在ARM内部，通过指令编程再对这些数字量进行光学识别，数字滤波，标度变换。在ARM内部，通过编程构建虚拟仪表函数。标度变换后的数字量作为虚拟仪表函数的输入，在ARM内经过基于算法的运算后，作为虚拟仪表的输出。

控制器在具体的数据处理时，如图3所示，控制器对接收的数据，首先通过光学识别变成数字量。然后进行数字滤波，根据需要进行标度变换。标度变换后的数字量，作为多输入多输出的虚拟仪表函数的输入，通过一定的算法进行运算，运算结果作为虚拟仪表的输出。

可见，控制器对仪表的输出显示量进行了光学识别、数字滤波、标度变换及高级算法运算，涉及算术运算、逻辑运算、控制运算及高低限运算等。

对于常规仪表，如图5所示，输入是传感器的采集数据，然后进行常规变换，输出是仪表显示输出读数。

本申请的虚拟仪表的输出如图6所示，虚拟仪表是要构建常规仪表无法构建的一种仪表，是一种基于算法和变换的仪表，而常规仪表是基于变换的仪表。是在常规仪表的基础上，对常规仪表显示输出，进行二次采样，然后进行数字滤波，标度变换，作为虚拟仪表函数的多个输入。在虚拟仪表函数当中，再通过一定的算法将多个输入信号进行处理，可以是算术运算，也可以是常规的比例积分微分运算，也可以是逻辑运算，还可以是基于模型的高级运算，运算的结果，作为虚拟仪表的多个输出，作为选项，高低报警也可以作为虚拟仪表的输出。输出的形式包括数字显示，声光报警，语音输出，图像输出，数字量输出，模拟量输出等。输出的途径包括面板输出，总线输出，继电器输出，模拟量输出。

本发明的上述不改变原有仪表接线，转换后形成新的仪表界面友好、接口丰富、可以进行数字化处理。用于控制系统升级上省事省力。也可以用于将常规离线表升级成带总线接口的智能表。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。