本發(fā)明涉及儀表轉換技術領域，特別是涉及一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置及其實現方法。

背景技術：

儀表作為整個自動控制系統中非常重要的部分，能夠最直觀的提供給操作人員各項重要參數，是提高控制系統綜合性能的重要方面之一。隨著計算機軟硬件技術、總線技術、電子技術等的迅猛發(fā)展，傳統儀表需要升級。常規(guī)儀表對信號缺少數字化處理，讀數不穩(wěn)定，升級困難，輸出接口較少，和DCS、PLC連接困難。

在需要升級控制系統的場合，常規(guī)儀表的處理是一個較大的難題。如果全部更換，費用相當高，而且也相當繁瑣。還可能影響現有系統的運行。

綜上所述，現有技術中對于常規(guī)儀表的數據處理及輸出信息通信的問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置，該裝置對原有儀表和輸入信號不做改動，不影響原有儀表精度和使用，且該裝置可以直接連接PLC和DCS。

一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置，包括：

視覺輸入電路，用于采集常規(guī)儀表顯示的光學信號，并利用采樣芯片將采集的光學信號變換變成數字量，通過端口讀入主控制器；

主控制器，用于接收上述數字信號并進行數據處理，包括光學識別、數字濾波及標度變換，主控制器中構建虛擬儀表函數，標度變換后的數字量作為虛擬儀表函數的輸入，在主控制器中內經過運算后，作為虛擬儀表的輸出，通過顯示裝置進行顯示。

進一步的，所述主控制器還將虛擬儀表的輸出的信號以模擬量、數字量或總線輸出。

進一步的，所述主控制器的輸出直接連接至可編程控制器PLC或集散控制系統DCS。

進一步的，所述主控制器還將數據處理后的數據傳輸至存儲器進行存儲。

進一步的，所述主控制器還分別與顯示回路、總線輸出回路及輸出回路相連。

進一步的，所述主控制器有電源供電。

進一步的，采集常規(guī)儀表顯示的光學信號是通過攝像頭或工業(yè)相機來采集。

進一步的，所述虛擬儀表函數為基于算法的虛擬儀表多輸入多輸出函數，輸入為多個常規(guī)儀表的顯示數據，輸出為顯示輸出、總線輸出、聲像輸出及數字量模擬量輸出。

進一步的，所述主控制器為ARM控制器。

本發(fā)明還公開了一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置的實現方法，包括以下步驟：

步驟一：視覺采集：通過攝像頭或工業(yè)相機采集常規(guī)儀表顯示的光學信號，用采樣芯片通過光電變換變成數字量，通過端口讀入ARM；

步驟二：數據處理：ARM將采集到的數字量進行數據處理,對數字量進行光學識別、數字濾波及標度變換，在ARM內部，構建虛擬儀表函數，將標度變換后的數字量作為虛擬儀表函數的輸入，在ARM內經過運算后，作為虛擬儀表的輸出；

步驟三：顯示輸出：將虛擬儀表的輸出的數據顯示出來，并經過數字量、模擬量和總線輸出。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的的轉換裝置對原有儀表和輸入信號不做改動，不影響原有儀表精度和使用。

2、本發(fā)明的的轉換裝置虛擬儀表盤直觀、界面友好、讀數方便。

3、本發(fā)明的的轉換裝置可以直接對讀進的原有儀表讀數進行數字處理，如數字濾波，標度變換。

4、本發(fā)明的的轉換裝置擴充了原有儀表的輸出，可以根據需要擴充數字量、模擬量或總線接口。

5、本發(fā)明的的轉換裝置用在已有控制系統升級上，不用改動原有儀表接線，最大限度的減小對原有系統的影響。

6、本發(fā)明的的轉換裝置可以直接連接PLC和DCS。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為本發(fā)明基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置系統結構示意圖；

圖2為本發(fā)明基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置硬件示意圖；

圖3控制器的數據處理流程圖；

圖4本發(fā)明的虛擬儀表生成示意圖；

圖5常規(guī)儀表工作流程示意圖；

圖6虛擬儀表的輸出流程圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在常規(guī)儀表的數據處理及輸出信息通信不足，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置，該基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置中包括采用ARM M4架構的LPC4330作為系統的主控制器，在嵌入系統中采用C、C++開發(fā)視覺識別算法，數字化處理算法和各種總線接口程序。

發(fā)明是這樣實現的，一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置，其顯示為LCD屏幕，其采用ARM控制器作為控制核心。該轉換裝置包括ARM控制器、視覺芯片、若干信號轉換處理電路以及顯示屏。視覺芯片讀取常規(guī)儀表讀數，經信號轉換處理電路轉換成該ARM控制器能夠識別的數字信號，該ARM控制器接收該數字信號并進行視覺識別，識別后信號進行數字化處理，包括濾波、標度變換、控制運算等。將結果經虛擬儀表程序變成虛擬儀表盤顯示信息顯示出來。同時經過模擬量、數字量或總線輸出。

視覺識別算法可以用OpenCV開發(fā)，再經模擬軟件測試。數字化處理程序的濾波程序，包括但不限于均值濾波、中值濾波等。數字化處理程序的標度變換包括但不限于加減乘除開方對數運算。數字化處理程序的控制運算包括比例積分微分運算或基于模型的控制運算。數字量輸出包括繼電器輸出或晶體管輸出。模擬量輸出4～20毫安或0～10V信號，總線輸出Modbus RTU或其他總線。

本申請的又一種實施例中，提供了一種基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置的轉換方法，轉換的基本設計思想將常規(guī)儀表的顯示讀數傳遞到ARM主控制器中，傳遞的方式是視覺芯片將顯示的讀數轉為RGB信號，經過機器視覺算法轉換成ARM可以識別的數字信號。視覺識別硬件由視覺芯片完成，視覺芯片的輸出形式可以是不同,可以是RGB或其他形式。

系統結構圖如圖1所示，本設計系統總體由三個部分組成：

視覺采集：視覺芯片對常規(guī)儀表的讀數進行采集，轉成RGB信號。

數據處理：ARM將采集到的RGB信號進行必要的數據處理,經過一定的算法變成數字量信號。

顯示輸出：將數字化處理過的數據顯示出來，并經過數字量、模擬量和總線輸出。

具體實現過程：基于ARM和視覺識別的儀表轉換裝置的硬件結構圖如圖2所示，核心處理器采用ARM的LPC4330芯片，其主頻最高可達到204MHz，ARM微控制器具有豐富的指令集、編程靈活，可以進行視覺識別。ARM主芯片外擴RAM，把接收到的數據進行預處理，內置虛擬儀表程序，直接顯示出來。接口電路處理數字量模擬量和總線輸出。

模擬量包括0～10V，4～20MA，數字量輸出包括繼電器輸出，晶體管輸出。輸出總線包括232、485、MODBUS、CAN、CanOpen,Ethernet,Ethernet/IP、Profibus、Profinet。

本申請的另一種實施例子中，整體上，如圖4所示，控制器的控制運算具體來講，對常規(guī)儀表的數字顯示量進行了運算。通過攝像頭或工業(yè)相機采集常規(guī)儀表顯示的光學信號，用采樣芯片通過光電變換變成數字量，通過端口讀入ARM。在ARM內部，通過指令編程再對這些數字量進行光學識別，數字濾波，標度變換。在ARM內部，通過編程構建虛擬儀表函數。標度變換后的數字量作為虛擬儀表函數的輸入，在ARM內經過基于算法的運算后，作為虛擬儀表的輸出。

控制器在具體的數據處理時，如圖3所示，控制器對接收的數據，首先通過光學識別變成數字量。然后進行數字濾波，根據需要進行標度變換。標度變換后的數字量，作為多輸入多輸出的虛擬儀表函數的輸入，通過一定的算法進行運算，運算結果作為虛擬儀表的輸出。

可見，控制器對儀表的輸出顯示量進行了光學識別、數字濾波、標度變換及高級算法運算，涉及算術運算、邏輯運算、控制運算及高低限運算等。

對于常規(guī)儀表，如圖5所示，輸入是傳感器的采集數據，然后進行常規(guī)變換，輸出是儀表顯示輸出讀數。

本申請的虛擬儀表的輸出如圖6所示，虛擬儀表是要構建常規(guī)儀表無法構建的一種儀表，是一種基于算法和變換的儀表，而常規(guī)儀表是基于變換的儀表。是在常規(guī)儀表的基礎上，對常規(guī)儀表顯示輸出，進行二次采樣，然后進行數字濾波，標度變換，作為虛擬儀表函數的多個輸入。在虛擬儀表函數當中，再通過一定的算法將多個輸入信號進行處理，可以是算術運算，也可以是常規(guī)的比例積分微分運算，也可以是邏輯運算，還可以是基于模型的高級運算，運算的結果，作為虛擬儀表的多個輸出，作為選項，高低報警也可以作為虛擬儀表的輸出。輸出的形式包括數字顯示，聲光報警，語音輸出，圖像輸出，數字量輸出，模擬量輸出等。輸出的途徑包括面板輸出，總線輸出，繼電器輸出，模擬量輸出。

本發(fā)明的上述不改變原有儀表接線，轉換后形成新的儀表界面友好、接口豐富、可以進行數字化處理。用于控制系統升級上省事省力。也可以用于將常規(guī)離線表升級成帶總線接口的智能表。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。