一种基于红外图像的铁水包号智能识别设备的制作方法

1.本实用新型涉及红外成像技术领域，具体的，涉及一种基于红外图像的铁水包号智能识别设备。


背景技术：

2.在冶金行业中，铁水包是炼铁生产的重要设备，生产过程中铁水的运输、存储、连铸等环节都需要对铁水包身份进行识别，由于铁水包表面温度非常高，无法安装电子识别设备，只能通过工人进行肉眼识别铁水包表面人工用涂料写的号码，使用一段时间后涂料写的号码会模糊不清，肉眼很难识别，就需要重新涂写，造成人员工作量增加，生产效率降低，增加企业成本。这就需要发明一种能够替代人工，但受制于现场的高温环境，很多设备都无法突破，因此需要研发一种新的无接触式识别铁水包号的方式。


技术实现要素：

3.本实用新型提出一种基于红外图像的铁水包号智能识别设备，解决了现有技术中通过涂写号码来对铁水包进行识别，存在号码不耐用，需要重新涂写的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：
5.一种基于红外图像的铁水包号智能识别设备，包括微处理单元、摄像头和无线通信单元，所述摄像头与所述微处理单元连接，所述微处理单元借助无线通信单元与pc机无线通信，所述摄像头用于采集铁水包的视频信息，还包括不锈钢标识件、红外探测器和信号处理单元，所述不锈钢标识件设置在铁水包壁上，所述红外探测器用于检测所述不锈钢标识件，所述信号处理单元包括电压跟随器、差分放大器和模数转换器，所述红外探测器的输出端连接所述电压跟随器的输入端，所述电压跟随器的输出端连接所述差分放大器的输入端，所述差分放大器的输出端连接所述模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接所述微处理单元。
6.进一步，本实用新型中所述电压跟随器包括放大器u3、电阻r7、电阻r16、电阻r17和电阻r18，所述放大器u3的第一同相输入端通过所述电阻r7连接2.5v电源，所述放大器u3的第二同相输入端连接所述红外探测器的输出端，所述放大器u3的第一输出端通过所述电阻r16连接所述电阻r17的第一端，所述电阻r17的第二端连接所述差分放大器的第一输入端，所述放大器u3的第二输出端通过所述电阻r18连接所述差分放大器的第二输入端。
7.进一步，本实用新型中所述差分放大器包括电阻r8、电阻r9、运放u4、运放u5、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r19和电阻r20，所述运放u4的反相输入端通过所述电阻r8连接所述电压跟随器的第一输出端，所述运放u4的同相输入端连接所述电阻r12的第一端，所述运放u4的输出端连接所述电阻r19的第一端，所述电阻r19的第二端通过所述电阻r11连接所述运放u4的同相输入端，所述电阻r19的第二端连接所述模数转换器的第一输入端，所述运放u5的同相输入端通过所述电阻r9连接所述电压跟随器的第二输出端，所述运放u5的反相输入端连接所述电阻r12的第二端，所述运放u5的输出端连接所述电阻r20的第一端，所
述电阻r20的第二端通过所述电阻r10连接所述运放u5的反相输入端，所述电阻r20的第二端连接所述模数转换器的第二输入端。
8.进一步，本实用新型中所述模数转换器包括转换器u6，所述转换器u6的第一输入端连接所述运放u4的输出端，所述转换器u6的第二输入端连接所述运放u5的输出端，所述转换器u6的输出端连接所述微处理单元。
9.进一步，本实用新型中还包括补光电路，所述补光电路包括变压器t1、整流桥u1、电阻r1、光电二极管d1、变阻器rp1、电阻r2、时基芯片u2、电阻r3、三极管q1、电阻r5、三极管q2电阻r6和补光灯led2，工业电源系统经过所述变压器t1变压和整流桥u1整流输出，整流桥u1输出端连接所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端接地，所述光电二极管d1的阴极连接所述整流桥u1的输出端，所述光电二极管d1的阳极连接所述变阻器rp1的第一端，所述变阻器rp1的第二端通过所述电阻r2接地，所述变阻器rp1的滑动端连接所述时基芯片u2的触发端，所述时基芯片u2的阈值端连接所述时基芯片u2的触发端，所述时基芯片u2的输出端通过所述电阻r3连接所述三级管q1的基极，所述三级管q1的发射极接地，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r5连接所述三极管q2的基极，所述三极管q2的发射极连接所述整流桥u1的输出端，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r6连接所述补光灯led2的阳极，所述补光灯led2的阴极接地。
10.本实用新型的工作原理及有益效果为：
11.本实用新型中将不锈钢标识件固定在铁水包包壁上，其中不锈钢标识件印有代表铁水包的编号，通过红外探测器采集不锈钢标识件的温度信息，之后通过信号处理单元进行信号转换输入给微处理器单元，根据不同温度显示不同颜色亮度进行成像，识别铁水包表面不锈钢标识件的编号，这种识别方法提高了生产效率，降低了人工劳动强度。
12.本实用新型中，摄像头用于获取铁水包在生产过程中的高清视频，信号处理单元和摄像头所获取到的数据都将送至微处理单元，同时微处理单元可以借助无线通信单元将识别到的铁水包包号和铁水包温度信息按照逻辑关系进行匹配，形成完整的数据记录，并将数据记录保存到数据库中，为铁水物流系统提供铁水包的数据信息。配置好的红外探测器会输出模拟视频信号，为防止信号受损，在信号前端加入电压跟随器作为红外信号驱动加强，然后将得到的信号输入至差分放大器，将模拟视频信号转换为一组差分信号。这对差分信号连接至模数转换器，经过对模数转换的处理，输出一组数字视频信号至微处理单元。
13.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
14.图1为本实用新型的原理框图；
15.图2为本实用新型电压跟随器的电路图；
16.图3为本实用新型差分放大器的电路图；
17.图4为本实用新型模数转换器的电路图；
18.图5为本实用新型补光电路的电路图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
20.实施例1
21.如图1所示，本实施例提出了一种基于红外图像的铁水包号智能识别设备，包括微处理单元、摄像头和无线通信单元，摄像头与微处理单元连接，微处理单元借助无线通信单元与pc机无线通信，摄像头用于采集铁水包的视频信息，还包括不锈钢标识件、红外探测器和信号处理单元，不锈钢标识件设置在铁水包壁上，红外探测器用于检测不锈钢标识件，信号处理单元包括电压跟随器、差分放大器和模数转换器，红外探测器的输出端连接电压跟随器的输入端，电压跟随器的输出端连接差分放大器的输入端，差分放大器的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接微处理单元。
22.本实施例中，不锈钢标识件是不锈钢钢板按照设计要求制作的各不相同的数字模型，将制作好的数字模型焊接到铁水包包壁中间位置，每一个不同的不锈钢数字模型对应一个铁水包。
23.红外探测器检测铁水包包壁上所焊接的不锈钢标识件，通过不锈钢标识件热辐射的红外线特定波段信号，然后信号处理单元将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值，根据不锈钢标识件表面温度的不同呈现出不同的图像，这些图像可以反映出和人眼看到的不一样的效果，摄像头用于获取铁水包在生产过程中的高清视频，信号处理单元和摄像头所获取到的数据都将送至微处理单元，同时微处理单元可以借助无线通信单元与pc机无线通信，将识别到的铁水包包号和铁水包温度信息按照逻辑关系进行匹配，形成完整的数据记录，并将数据记录保存到数据库中，为铁水物流系统提供铁水包的数据信息。
24.配置好的红外探测器会输出模拟视频信号，为防止信号受损，在信号前端加入电压跟随器作为红外信号驱动加强，然后将得到的信号输入至差分放大器，将模拟视频信号转换为一组差分信号。这对差分信号连接至模数转换器，经过对模数转换的处理，输出一组数字视频信号至微处理单元。
25.如图2所示，本实施例中电压跟随器包括放大器u3、电阻r7、电阻r16、电阻r17和电阻r18，放大器u3的第一同相输入端通过电阻r7连接2.5v电源，放大器u3的第二同相输入端连接红外探测器的输出端，放大器u3的第一输出端通过电阻r16连接电阻r17的第一端，电阻r17的第二端连接差分放大器的第一输入端，放大器u3的第二输出端通过电阻r18连接差分放大器的第二输入端。
26.红外探测器输出的为模拟电压视频信号，但是电流太小，驱动能力太弱，容易受到外界电路的信号干扰，造成信号失真。因此设计在红外探测器输出首先接入了一个放大器u3构成以电压跟随器，使得输出信号驱动能力大大提升，增强信号的可信性，在放大器u3的内部集成了两个运算放大器，一个作用于红外探测器输出信号驱动增强，另外作用于红外探测器输出信号的直流共模偏置驱动增强。
27.如图3所示，本实施例中差分放大器包括电阻r8、电阻r9、运放u4、运放u5、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r19和电阻r20，运放u4的反相输入端通过电阻r8连接电压跟随器的第一输出端，运放u4的同相输入端连接电阻r12的第一端，运放u4的输出端连接电阻
r19的第一端，电阻r19的第二端通过电阻r11连接运放u4的同相输入端，电阻r19的第二端连接模数转换器的第一输入端，运放u5的同相输入端通过电阻r9连接电压跟随器的第二输出端，运放u5的反相输入端连接电阻r12的第二端，运放u5的输出端连接电阻r20的第一端，电阻r20的第二端通过电阻r10连接运放u5的反相输入端，电阻r20的第二端连接模数转换器的第二输入端。
28.本实施例中差分放大器由差分比例放大电路、差分滤波器、保护器件和补偿电阻四部分组成，该差分放大器中的滤波器采用了差分滤波器的形式，由差模滤波器和共模滤波器组成，主要作用是滤除电压跟随器输出信号高频噪声以及射频干扰。在信号传输过程中，线路本身的寄生电感与运放u4和运放u5输入电容容易组成lc谐振电路，产生过冲和振荡，为此，在信号线上串联小电阻r8和电阻r9作为补偿电阻，以减小或消除振荡，电容c7和电容c8分别与电阻r11、电阻r10组成一阶低通滤波器，抑制放大器噪声；电阻r19、电阻r20对运放u4、运放u5进行环内补偿，二极管d2、二极管d3、二极管d4和二极管d5为保护器件加在放大器输入端，防止静电放电以及输入电压超出运放最大输入电压范围而损坏运算放大器。
29.如图4所示，本实施例中模数转换器包括转换器u6，转换器u6的第一输入端连接运放u4的输出端，转换器u6的第二输入端连接运放u5的输出端，转换器u6的输出端连接微处理单元。
30.由于微处理单元是不能直接显示处理模拟的信号图像，模拟信号不能直接和微处理单元进行传输，因此需要用到模数转换器u6来将模拟红外图像信号转换为数字信号。此次选用的a/d模数转换芯片是ad9649芯片，ad9649芯片可以用来设置数字输出数据格式、控制内部转换周期、编程时钟与数据对准等功能，转换器u6接收从差分放大器所转换好的差分信号和共模信号，对其进行数字转换，将转换后的数据传输到微处理单元。
31.如图5所示，本实施例还包括补光电路，补光电路包括变压器t1、整流桥u1、电阻r1、光电二极管d1、变阻器rp1、电阻r2、时基芯片u2、电阻r3、三极管q1、电阻r5、三极管q2电阻r6和补光灯led2，工业电源系统经过变压器t1变压和整流桥u1整流输出，整流桥u1输出端连接电阻r1的第一端，电阻r1的第二端接地，光电二极管d1的阴极连接整流桥u1的输出端，光电二极管d1的阳极连接变阻器rp1的第一端，变阻器rp1的第二端通过电阻r2接地，变阻器rp1的滑动端连接时基芯片u2的触发端，时基芯片u2的阈值端连接时基芯片u2的触发端，时基芯片u2的输出端通过电阻r3连接三级管q1的基极，三级管q1的发射极接地，三极管q1的集电极通过电阻r5连接三极管q2的基极，三极管q2的发射极连接整流桥u1的输出端，三极管q2的集电极通过电阻r6连接补光灯led2的阳极，补光灯led2的阴极接地。
32.本实施例中还通过摄像头获取铁水包在生产过程中的高清视频，当光线在比较暗的情况下，摄像头无法获取清楚的视频信息，因此需要补光电路为其进行补光。
33.首先需要对工业电源进行降压、桥式整流和滤波处理，将高压交流电转换为12v直流电压，其中t1为降压变压器，u1为整流桥，电容c1为滤波电容，12v直流电通过光敏二极管d1和变阻器rp1和电阻r2分压后加在时基芯片u2的2脚和6脚，当现场环境光线暗时，光敏二极管d1的内阻慢慢变大，加在时基芯片u2的2脚和6脚的电压会逐渐下降，当下降到一定程度后，时基芯片u2的输出状态反转，其输出端输出高电平，使三极管q1和三极管q2导通，补光灯led2通电发光，当现场环境光线正常时，光敏二极管d1的内阻逐渐变小，加在时基芯片
u2的2脚和6脚电压逐渐上升，直到升至一定程度时，时基芯片u2的输出端就会输出低电平，使三极管q1和三极管q2截止，此时补光灯led2自动熄灭。
34.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。