一种高精度玻璃管液位自动检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种高精度玻璃管液位自动检测装置。

背景技术：

静态容积法流量标准装置中玻璃管液位计的读数一般由人工读取，误差大且准确率低。随着智能技术的发展，基于电荷耦合器件（CCD）或接触式图像传感器（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时，还需采用光学聚焦系统或机械随动测量机构辅助。根据CIS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。

CIS（Contact Image Sensor）采用触点式感光元件（光敏传感器）进行感光，在扫描平台下1mm～2mm处，300～600个红、绿、蓝三色LED（发光二极管）传感器紧紧排列在一起，产生白色光源，取代了CCD扫描仪中的CCD阵列、透镜、荧光管和冷阴极射线管等复杂机构，把CCD扫描仪的光、机、电一体变成CIS扫描仪的机、电一体。用CIS技术制作的扫描仪具有体积小、重量轻、生产成本低等优点，在传真机、扫描仪、纸币清分兑零等领域应用非常广泛。

技术实现要素：

本发明的目的是为了实现液位的高精度测量、有色和无色液体液位的自动测量，设计了一种高精度玻璃管液位自动检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

高精度玻璃管液位自动检测装置由处理器S3C2440、FIFO存储芯片AL422B、A/D转换器ADS930、SV6134A4C00型CIS、光源、串口通信电路、显示电路、按键电路等部分构成。外置平行光源与SV6134A4C00型cis分别位于玻璃管的两侧，VOUT输出的视频信号通过A/D转换后的数据存入缓存器AL422B中，存储一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显示在数码管。在测量时，通过调理电路将VOUT输出信号中的高低电平，分别调整至1V的两侧，则低于1V的有液体信号输出都为零，通过脉冲计数法就能计算出玻璃管液位的高度了。

所述的CIS总长216mm，每毫米24个像素点，整个CIS共有5184个像素点，所以其最小分辨率达0.042mm。

所述的处理器采用S3C2440，该处理器通过PWM实现CIS的高频时钟驱动。

所述的FIFO存储芯片采用AL422B，其存储容量为393216Byte×8Bit。

所述的A/D转换器采用ADS930，其有效电压转换范围1～2V，当输入在1～2V时输出非零，当输入为1V时输出为0，并且通过试验发现当输入为1V以下时输出也为零。

本发明的有益效果是：

采用600dpiCIS和S3C2440处理器实现了玻璃管液位计的高精度自动测量。与其他采用CIS实现液位检测的装置相比，测量精度由0.50mm提高到了±0.01mm。此外，此液位测量系统计还可以测量无色液体的液位。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是玻璃管液位测量系统硬件框图。

图2是简化的静态容积法流量标准装置。

图3是600dpiCIS时序。

图4是快速查找与统计算法流程。

其中，V1-标准容器,V2-U型连通器玻璃管。

具体实施方式

如图1所示，高精度玻璃管液位自动检测装置由处理器S3C2440、FIFO存储芯片AL422B、A/D转换器ADS930、SV6134A4C00型CIS、光源、串口通信电路、显示电路、按键电路等部分构成。外置平行光源与SV6134A4C00型cis分别位于玻璃管的两侧。CIS总长216mm，每毫米24个像素点，整个CIS共有5184个像素点，所以其最小分辨率达0.042mm。测量系统的处理器采用S3C2440，该处理器通过PWM实现CIS的高频时钟驱动。VOUT输出的视频信号通过A/D转换后的数据存入缓存器AL422B中，存储一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显示在数码管。AL422B是一款存储容量为393216Byte×8Bit的FIFO存储芯片。A/D转换器采用ADS930，其有效电压转换范围1～2V，当输入在1～2V时输出非零，当输入为1V时输出为0，并且通过试验发现当输入为1V以下时输出也为零。在测量时，通过调理电路将VOUT输出信号中的高低电平，分别调整至1V的两侧，则低于1V的有液体信号输出都为零，通过脉冲计数法就能计算出玻璃管液位的高度了。

如图2所示， 简化的静态容积法流量标准装置中容积测量的示意图，其中V1是一个标准容器V1，其液位与容积一一对应。如果知道U型连通器右侧玻璃管中的液位，通过查表就能得到对应容器中液体的体积。假设V1的圆柱形半径为15cm，如果液位误差1.0mm，则相应的体积误差为70.650mL；如果液位误差是0.1mm，则相对应的体积误差为7.065mL。所以提高液位的测量精度对于静态容积的测量有着重要的意义。将600dpi 高分辨率的CIS置于玻璃管的一侧，另一侧用平行光源照射。由于有液体和无液体的部分对光的折射率不同，所以CIS上相应感光元件感应的光强不同，CIS输出的视频信号中，有液体信号和无液体信号的电压值就不同。通过相应的A/D转换电路，将电压进行阈值分割，使得有液体部分对应的电压输出经A/D转换变为零，这样在一个周期内，统计零的个数，就知道液位的实际高度。

如图3所示， CIS的时序图，SV6134A4C00型CIS传感器的３ 个引脚分别是时钟引脚CP（4MHz）、使能引脚SI（周期1.5ms）和视频信号输出引脚VOUT，在一帧图像信息中有效的像素点输出5184个，其余为无效信息。需要特别注意的是，CP开始后的82个CLKS 输出的信息是无效的。

如图4所示， 在液位测量过程中，环境误差可能会引入随机干扰，所以需要进行数字滤波处理。首先，一次性读取多幅图像信息，然后分别对每一幅图像提取液位信息，最后采用去极值平均滤波法得到液位的实际高度。FIFO读出的多幅图像信息连续存储在一个内存空间开辟的数组区域内，所以快速、准确地查到每幅图像并计算出每幅图像中液位的高度信息是算法的关键。将FIFO读出的一组数据存入图像数组Ｍ[]中，依次从数据头开始遍历，找到第一个突变的点，即图像的分界点i1 。在突变点前加入一个长度为L1的窗，然后对窗内数据进行处理，如果窗起始单元与窗结束单元之间的变化值window[L1－1]－window[0]＜5且｜window[i＋1]－window[i]｜＜5（0 ＜i ＜L1），说明突变点前的数值是稳定的。同理，给突变点后加入一个长度为L1 的窗，如果window[i]＝0（0 ＜i＜L1）说明确实为突变点，从突变点后开始进行脉冲统计。如果在上述突变点前加的L1 窗体内有不满足上述变化值的点，则动态地增加L1 的长度，如果动态加入长度内的点满足变化范围，则同样满足要求。同理，当突变点后的L1 窗有不满足上述变化的点，同样动态增加L1 的长度，再进行判断，如果动态加入长度内的点满足变化范围，则同样满足要求；如果动态增加的窗内数据依然不满足变化范围，则舍弃找到的突变点，继续往后遍历。将确定为真实图像分界点的值计为M，然后从M＋L1位置依次开始统计零点数。如果遇到非零点，首先加一个小窗L2，从此非零点开始存入所加的小窗，L2 的初始长度根据实际情况取1 ～2，如果L2 的窗口内有零值，继续往后统计，如果L2 的值非零点，为保证准确度，动态增加一定的长度，确定L2 内没有零值，即一幅图像中低电平的值统计完毕，此时的下标值即为N。将点数N－M－1存入开辟的图像帧存储数组P[]中，如果P[]存够指定的图像帧数则结束本次算法；否则继续遍历，搜索突变点，统计零点，直至完成预定数量的图像帧。图像帧存储数组P[]经去极值平均滤波法就可以得到稳定的像素点输出，将输出代入曲线拟合好的关系式，就能得到实际的液位高度。