一种混凝土裂缝宽度测量仪的制作方法

文档序号:6117750阅读:632来源:国知局
专利名称:一种混凝土裂缝宽度测量仪的制作方法
技术领域
本实用新型涉及混凝土裂缝宽度测量仪,主要用于混凝土裂缝宽度的测量。
背景技术
裂缝是混凝土建筑物常见的缺陷之一,混凝土裂缝通用检测标准规定裂缝宽度最大为0.2mm。裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低混凝土材料的承载能力,影响建筑物的使用寿命,严重者将会威胁到人们的生命安全。快速精确地测量出混凝土裂缝的宽度,判断其是否超出了规定范围,对保障混凝土建筑物安全具有重要意义。目前在国内对于裂缝宽度的测量,使用最广泛的是读数显微镜。混凝土裂缝读数显微镜的类型虽然有多种,但它们其实都相当于一台简易的显微镜,主要由镜筒,光学镜头以及刻度盘构成。光学镜头将裂缝放大图像呈在目镜焦点稍内处,操作者通过目镜能看到裂缝的放大图像以及刻度尺和游标,通过刻度盘调整游标位于裂缝的一个边缘,然后再使游标位于裂缝的另一个边缘,读取两次的刻度盘上的值,其差值即为裂缝的宽度。裂缝读数显微镜由于其低廉的开发成本和相对简单的制作方法一直沿用至今,但同时,这种测量方法也存在很多的缺点1.读数过程繁琐,测量效率低。例如施工过后的混凝土墙面上可能会存在很多裂缝需要检查,如果每一个测量点都需要操作人员通过读数显微镜的观察读出裂缝的宽度值,会耗费大量的时间,况且有些地方例如屋顶上的裂缝,要想用读数显微镜来测量是非常困难的。2.人员主观性较大,测量精度低。对于每一点上裂缝的宽度的测量,不同的人会读出不同的宽度,即使是同一个人在两次测量过程中也会产生偏差,况且由于读数过程繁琐,任务量大,很容易造成检测人员疲劳,从而导致测量结果错误。
随着CCD技术的迅速发展,CCD摄像头已经越来越广泛地应用于测量领域,对于混凝土裂缝宽度的测量也不例外。现在也出现一种裂缝显微镜,它使用CCD摄像头拍摄裂缝图像,操作者只需将摄像头测量头的两支脚放在裂缝上,即可在显示屏上可以看到被放大的裂缝图像,稍微转动摄像头使裂缝与刻度尺垂直,根据裂缝所占刻度线多少读取裂缝的宽度值。这台仪器在操作上较前种方法方便,在一定程度上有效的缓解了读数显微镜在测量上存在的弊端,操作人员不需要对准目镜读取裂缝宽度,而是直接在显示器上数出裂缝所占的刻度数即可。但是,这种方法同样也是人工读数,仍然没有从根本上克服测量效率和人为误差的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有混凝土裂缝宽度测量仪由于使用人工读数,从而造成测量过程烦琐,给操作人员带来不便,导致读数结果误差较大、测量时间较长的缺点,提出了一种基于DSP技术的具有自动判读功能的混凝土裂缝宽度测量仪。
本实用新型的技术方案,如图1所示,其特征在于,包括摄像头、图像采集模块、DSP、图像显示模块、显示器以及外围电路;摄像头用来采集混凝土表面的裂缝图像,输出模拟视频信号;图像采集模块对接收到的模拟视频信号进行模数转换,然后将转换后的数字视频信号传给DSP;DSP接收数字视频信号后,对裂缝图像进行处理,计算裂缝的宽度值,然后将带有裂缝宽度值的数字视频信号传给图像显示模块;图像显示模块将接收到的数字视频信号转换成模拟视频信号,在显示器上实时显示裂缝图像和宽度值;所述的图像采集模块与DSP芯片的连接为,图像采集模块中的视频A/D转换器通过数字视频数据信号、视频采样时钟信号以及视频控制信号与DSP相连,当采集视频信号时,DSP控制视频采样时钟信号和数字视频数据信号将采集到的图像信息从图象采集模块中输出;所述的图像显示模块与DSP芯片的连接为,图像显示模块中的视频D/A转换器通过数字视频数据信号、视频采样时钟信号以及视频控制信号与DSP相连,当采集到的裂缝图像被处理完毕之后,DSP控制视频采样时钟信号和数字视频数据信号将处理后的图像信息输入到图像显示模块;所述的外围电路包括存储电路、复位电路、仿真电路、按键电路、时钟电路、模式选择电路以及电源转换电路;存储器电路由SDRAM以及FLASH ROM闪存组成,它们分别与DSP连接,其数据的读入和写出受DSP控制,SDRAM用于存储图像数据,FLASH ROM用于存储仪器的上电加载程序;复位电路提供复位信号,当按下复位按键时复位;仿真电路与DSP相连,用于仪器上电加载程序的下载和调试;按键电路与DSP相连,用于接收外部命令,使仪器按要求执行相应的指令;时钟电路用于提供系统时钟;模式选择电路主要与DSP芯片的模式选择引脚相连,用于设定DSP的工作模式;电源转换电路用于将输入电压转换为工作电压。
本实用新型具有自动判读功能,操作者只需要把摄像头放在裂缝上,在显示器上可以看到被放大的裂缝图像,按下仪器上的开始处理按钮,即可在显示器上看到经过采集、处理后得出的混凝土裂缝图像以及裂缝宽度的数字显示值。
这种混凝土裂缝宽度测量仪是一种高精度、自动化的专用测量仪,该仪器不仅测量精度高,避免了人为误差,并且操作起来非常简单,减少了测量时间,提高了工作效率,大大降低了操作人员的劳动强度,因此在一定程度上减少了混凝土裂缝宽度测量工作中错误的发生,对保障混凝土建筑物安全具有重要意义。


图1是本实用新型的具有自动判读功能的裂缝宽度测量仪的技术方案框图图2是本实用新型图像采集及显示模块与DSP芯片的接口框图图3是本实用新型的DSP芯片外部存储器(EMIF)接口框图图4是本实用新型FLASH存储器电路的电路原理图图5是本实用新型的JTAG仿真电路的电路原理图图6是本实用新型的DSP芯片时钟电路的电路原理图图7是本实用新型按键电路的电路原理图图8是本实用新型的DSP芯片模式选择引脚电路原理图图9是本实用新型复位电路的电路原理图具体实施方式
现结合图2-图9对本实用新型做进一步的说明
一种以数字信号处理器(DSP)为核心,具有自动判读功能的混凝土裂缝宽度测量仪,整台仪器包括摄像头、图像采集模块、DSP、图像显示模块以及复位电路、仿真电路、按键电路、时钟电路、存储电路、模式选择电路、电源转换电路和显示器。
参照图2,本系统选用TI公司的TMS320DM642 DSP芯片作为主处理芯片,该芯片内部集成了三个可配置的视频端口,这些视频端口提供了与视频A/D转换芯片的无缝接口,因而无需外加CPLD(复杂可编程逻辑器件)和FIFO(先入先出存储器)就可以满足系统设计的要求。在本系统中,VPO端口用于视频采集,采集频率最高可以达到80MHz;VP2端口用于视频显示,频率最高可达到110MHz。其中,数据线VP0/2D[9..2]用于传输8位的BT656格式的数字视频流;VP0/2CTL0与采集/显示模块的水平同步引脚相连;VP0/2CTL1与采集/显示模块的垂直同步引脚相连;VP0/2CTL2与采集/显示模块的场同步引脚相连;VP0/2CLK0与采集/显示模块的时钟输出引脚相连。
参照图3,DM642芯片具有外部存储器接口,能够与多种外存实现无缝连接。DM642的地址总线为64位,因此在该系统中,选用两片SDRAM串联,每一片的容量为4M*32bit,这样两片串联在一起就相当于一片4M*64bit的SDRAM,共用地址线和控制线,TBE[7..0]为字节使能信号,使能八个字节。TED[63..0]为外部存储器的数据信号线;TEA[22..3]为外部存储器的地址信号线;由于系统中SDRAM被分配在DM642的CE0空间,因此TCE0作为片选信号,当其为低电平时,SDRAM被使能;TWE为写使能信号,当其为低电平时,DSP芯片可以将数据写入SDRAM中;TSDRAS为行选通信号,当其为低电平时,DSP芯片发送读写SDRAM的行地址;TSDCAS为列选通信号,当其为低电平时,DSP芯片发送读写SDRAM的列地址;TSDCKE为时钟使能信号。
该系统FLASH用来存储上电加载程序。FLASH芯片型号为AMD公司的AM29LV800B,容量为1M*8bit,被分配在DM642的CE1空间。具体电路原理图参考图4由于这款芯片可以选择以8位数据或16位传输数据,即当BYTE引脚为低电平时,以8位宽度传输,反之,当其为高电平时,选择以16位数据宽度进行传输,在本系统中,将BYTE引脚接地,以8位传输,因此AM29LV800B使用数据线TED[7..0],DQ15/A-1引脚作为地址线TEA3来使用,AM29LV800B的A[18..0]接到DSP的地址总线TEA[22..4]。RESET#接到系统复位信号。AM29LV800B的RY/BY#信号与片选信号通过一个或门电路接到DM642的ARDY信号上,这样,当TCE1#为低电平,即选通CE1空间时,若RY/BY#为低电平,表示FLASH芯片还没有准备好,若RY/BY#高电平,表示FLASH处于空闲状态,这时系统就可以对FLASH进行读写操作。
DM642DSP具有符合IEEE1149.1标准的JTAG仿真端口,它是一种边界扫描测试方式,通过仿真调试软件及仿真器可以访问DSP的内部资源。具体电路原理图参照图5JTAG仿真端口共有13条信号线,需要连接到标准的14脚插槽上,其中第6管脚为空。插槽上的管脚1为测试模式选择信号TMS,管脚2为测试复位信号TRST#,管脚3为测试数据输入信号TDI,管脚7为测试数据输出信号TDO,管脚11为测试的时钟信号TCK,管脚9为时钟反馈信号。
参照图6,DSP时钟输入电路主要由50MHz的晶振与DSP芯片的时钟倍频模式选择管脚连接组成。系统时钟输入频率为50MHz,通过CLKMODE0和CLKMODE1的高低电平组合,选择DM642内部CPU的工作频率是1倍、6倍、或12倍的时钟输入频率。
参照图7,按键电路主要由集成电路U1组成,型号为74HC08,该集成电路中的nA与nB为输入信号,nY为输出信号,当且仅当nA与nB同时为高电平时,nY为高电平,只要其中之一为低电平,nY则为低电平。在本系统中,U1的1A、1B、2A、2B分别接到DM642的GPO[9..11],同时与外部按键相连,当操作者按下按键时,例如KEY1被按下,GPO9变为低电平,1Y也变为低电平,即3B为低电平,则3Y即EXTINT6为低电平,此时将引发中断,执行相应的中断程序。
参照图8,由于DM642支持多种工作模式,因此为不同的工作模式预留一些设置手段能够很好的提高系统的灵活性,并给调试带来方便。TEA[20:19]的高低电平组合决定了EMIFA接口的时钟输入方式。若TEA20为低电平,TEA19也为低电平,则选择通过AECLKIN引脚为EMIFA接口提供时钟信号;同理,若TEA20为低电平,TEA19为高电平,则EMIFA接口的时钟频率为CPU工作频率的四分之一;若TEA20为高电平,TEA19为低电平,则EMIFA接口的时钟频率为CPU工作频率的六分之一。同理,TEA[21:20]的高低电平组合决定了系统采用哪一种上电加载模式,本系统选用外部存储器接口(EMIF)加载方式,即通过外部扩展FLASH来加载系统程序。LENDIAN MODE为大小端模式选择引脚,若为低电平,系统工作在大端模式下,反之若为高电平,系统工作在小端模式下,本系统选择小端模式。
参照图9,系统复位电路主要由集成电路U12组成,型号为74HC14。该芯片的工作原理为若nA为高电平,则nY为低电平,反之同理。当按键S9被按下时,1A变为低电平,则1Y变为高电平,由于1Y与2A用导线相连,则2A也为高电平,2Y变为低电平,3A也为低电平,3Y、4A为高电平,则4Y即RESET信号变为低电平,整套系统处于复位状态。
该测量仪器在使用时,检测人员只需将摄像头放在裂缝上,即可在显示器上看到采集到的裂缝图像,按下开始处理按键,即可看到测量得出的裂缝宽度值。本实用新型操作简单、方便,实用性强,能够快速精确的测出混凝土裂缝的宽度,具有很强的应用价值。
权利要求1.一种混凝土裂缝宽度测量仪,其特征在于,包括摄像头、图像采集模块、DSP、图像显示模块、显示器以及外围电路;摄像头用来采集混凝土表面的裂缝图像,输出模拟视频信号;图像采集模块对接收到的模拟视频信号进行模数转换,然后将转换后的数字视频信号传给DSP;DSP接收数字视频信号后,对裂缝图像进行处理,计算裂缝的宽度值,然后将带有裂缝宽度值的数字视频信号传给图像显示模块;图像显示模块将接收到的数字视频信号转换成模拟视频信号,在显示器上实时显示裂缝图像和宽度值;所述的图像采集模块与DSP芯片的连接为,图像采集模块中的视频A/D转换器通过数字视频数据信号、视频采样时钟信号以及视频控制信号与DSP相连,当采集视频信号时,DSP控制视频采样时钟信号和数字视频数据信号将采集到的图像信息从图象采集模块中输出;所述的图像显示模块与DSP芯片的连接为,图像显示模块中的视频D/A转换器通过数字视频数据信号、视频采样时钟信号以及视频控制信号与DSP相连,当采集到的裂缝图像被处理完毕之后,DSP控制视频采样时钟信号和数字视频数据信号将处理后的图像信息输入到图像显示模块;所述的外围电路包括存储电路、复位电路、仿真电路、按键电路、时钟电路、模式选择电路以及电源转换电路;存储器电路由SDRAM以及FLASH ROM闪存组成,它们分别与DSP连接,其数据的读入和写出受DSP控制,SDRAM用于存储图像数据,FLASH ROM用于存储仪器的上电加载程序;复位电路提供复位信号,当按下复位按键时复位;仿真电路与DSP相连,用于仪器上电加载程序的下载和调试;按键电路与DSP相连,用于接收外部命令,使仪器按要求执行相应的指令;时钟电路用于提供系统时钟;模式选择电路主要与DSP芯片的模式选择引脚相连,用于设定DSP的工作模式;电源转换电路用于将输入电压转换为工作电压。
专利摘要本实用新型主要用于混凝土裂逢宽度的测量。本实用新型特征在于,包括摄像头、图像采集模块、DSP、图像显示模块、显示器以及外围电路;图像采集模块对接收到的模拟视频信号进行模数转换,然后将转换后的数字视频信号传给DSP;DSP接收数字视频信号后,对裂缝图像进行处理,计算裂缝的宽度值,然后将带有裂缝宽度值的数字视频信号传给图像显示模块;图像显示模块将接收到的数字视频信号转换成模拟视频信号,在显示器上实时显示裂缝图像和宽度值;所述的外围电路包括存储电路、复位电路、仿真电路、按键电路、时钟电路、模式选择电路以及电源转换电路。本实用新型测量精度高,操作简单,避免了人为误差,提高效率。
文档编号G01C11/36GK2881539SQ20062000445
公开日2007年3月21日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者吴斌, 张妍, 宋国荣, 胡彦彦, 王芹, 何存富 申请人:北京工业大学
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