一种用于燃气表数字图像识别的自动检测装置

作者:陈宇泽;宋绪勇; 刊名:科技展望 上传者:张亚平

【摘要】传统燃气表生产厂家在对产品进行出厂检验时的被检表流量脉冲数检测环节通常采用光电检测仪.难以实现自动化且效率较低.为此设计了一种基于FPGA的燃气表数字图像识别自动检测装置.采用数据流实时处理和嵌入式设计,不仅能够高效准确的实现表盘图像的采集,储存,匹配及显示功能,更有利于整个标定系统的自动化和集成化实现.介绍了自动检测装置的软硬件设计,并通过实验测试,证明了设计的自动检测装置测量结果优于光电检测仪.

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技术与应用 一种用于燃气表数字图像识别的自动检测装置 陈宇泽 宋绪勇 ( 北京航天试验技术研究所,北京 100074) 【摘 要】传统燃气表生产厂家在对产品进行出厂检验时的被检表流量脉冲数检测环节通常采用光电检测仪。难以实现自动化且效率较低。为此设计了一种基于 FPGA 的燃气表数字图像识别自动检测装置。采用数据流实时处理和嵌入式设计,不仅能够高效准确的实现表盘图像的采集,储存,匹配及显示功能,更有利于整个标定系统的自动化和集成化实现。介绍了自动检测装置的软硬件设计,并通过实验测试,证明了设计的自动检测装置测量结果优于光电检测仪。 【关键词】FPGA 嵌入式 图像 识别 1 前言 目前国内大多数燃气表生产厂家采用钟罩式气体流量标准装置完成产品的出厂检验。钟罩式气体流量标准装置的工作原理如下: 标定开始时设置一预定累计流量,利用气泵控制钟罩内的气体输送,当累积流量达到预置数后停止工作,利用钟罩内的累积流量跟检测仪采用的累积流量来求被检燃气表的误差。传统方法是采用光电检测仪充当检测仪,但光电采样器需要不断调整光源,安装困难且存在漏检现象,整体效率较低,因此设计了一种基于 FPGA 的数字图像识别自动检测装置。选用 Altium Designer 为硬件电路设计平台,完成了装置的原理图和 PCB 板设计。选用 Quartus II 为软件开发平台,采用 Verilog 语言完成程序编写,实现了图像的采集,储存,匹配和显示。 2 硬件设计 2. 1 FPGA FPGA 主芯片我们选择的是 ALTERA 公司的 CYCLONE IV 系列的 EP4CE6F17C8 型 号,主要是因为他功耗相对较低( 比CYCLONE III 减少25%) ,性价比高,逻辑单元数有 6272 个逻辑单元足够使用。程序编写完毕后的编译结果显示逻辑单元共使用了 60%,为今后的功能扩展留下了足够的空间。 2. 2 电源 电源部分,我们分别使用 1117 - 1. 2,1117 - 2. 5,1117 - 2. 8,1117 -3. 3 型 LDO 电源芯片实现四种电源输出。其中 1. 2V 主要为 FPGA 内核供电,2. 5V 主要为 JTAG 接口供电,2. 8V 为摄像头供电,3. 3V 为 SDRAM,TFT 显示屏和 50M 有源晶振供电。 2. 3 SDRAM SDRAM 芯片是整个 FPGA 的缓存区,无论是摄像头采集到的数据还是 TFT 屏需要读取的数据都暂存在这里,保证整个系统的稳定运行。这里选择了型号为 HY57V2562GTR 的 SDRAM 芯片,它的总线位宽达到 16bit,容量为 256M,足够使用。 2. 4 摄像头 摄像头选用 OV767 型,主要是因为它体积小,工作电压低,提供单片 VGA 摄像头和影像处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控制,可以输入整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率 8 位影像数据。VGA 图像最高达到 30 帧/秒。具备手动调焦功能。 2. 5 pcb 布局 在布局方面,考虑到 TFT 屏( 2. 4 寸) 的大小,充分利用设计空间,最终设计的电路板大小为 8cm ×5cm,采用四层 pcb 设计,预留了独立的3. 3V 电源层和 GND 层,确保提供稳定可靠的电源供电。同时为了便于操作及显示,将功能按钮及 LED 灯分别设计在底部和侧面。外壳采用 3D 打印技术。 3 软件设计 匹配算法设计如下: 在开始检测时,摄取燃气表数字滚轮的初始位置图像作为模板在 FPGA 中存储,之后不断摄取转动的滚轮图像,由 FPGA

参考文献

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