專利名稱：水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水位、水質(zhì)測量的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端。
背景技術(shù)：
水位是江、河、湖、海水勢變化的標志，是重要的水情參數(shù)，水位測量的真實性和精度直接關(guān)系到防洪、發(fā)電及灌溉等方方面面。在部分偏遠地區(qū)，水位采集終端甚至仍然采用傳統(tǒng)的機械式儀表和人工讀數(shù)記錄的方式。即便采用了數(shù)字化儀表，水情數(shù)據(jù)的實時傳輸仍然存在一些問題，如傳統(tǒng)的撥號或?qū)＞€等有線接入方式不易安裝在大面積水域，同時具有安裝工程量大、維護不便等缺點；無線通信方式中，常見的超短波通信傳輸距離較近，且容易受干擾；如果采用衛(wèi)星通信，則需要投入巨大的成本。水質(zhì)參數(shù)描述了水體的質(zhì)量，由于工業(yè)化制造產(chǎn)生的大量廢液和農(nóng)業(yè)化學藥劑的使用，導致水污染的不斷加劇，采用及時、有效、準確的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠快速的作出處理對策，對于減排、治污有著重要的意義。因而需要一套集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和遠程控制的方便、實用的解決方案。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和時傳輸國內(nèi)的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，包括垂直設(shè)于水中的管道、活動設(shè)于該管道中且密度小于水的球形浮子、設(shè)于管道頂端的用于拍攝所述球形浮子的水位攝像機、設(shè)于所述管道一側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機；所述水位攝像機和水質(zhì)攝像機分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路。進一步，所述水位攝像機的鏡頭與所述管道同中心軸設(shè)置，以減小測量誤差。進一步，所述球形浮子為標準圓球體，以避免給測量造成額外的誤差。進一步，所述水質(zhì)攝像機的一側(cè)設(shè)有光源，以利于提高亮度，確保測量準確性。進一步，所述中央處理單元與一用于實現(xiàn)遠程監(jiān)控的RS232接口相連。本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(1)本實用新型的水位測量基本原理根據(jù)物體在眼中的成像原理，東西越遠，看著就越小，對于攝像機、照相機拍攝的視頻、圖片，同樣是如此。那么，將一個浮子放在水面上，將攝像機固定在水面上方某個位置垂直向下拍攝浮子。隨著水位的上下變化，浮子也會上下移動，繼而與攝像機的相對距離也發(fā)生了變化，這種變化在所拍的視頻圖像中體現(xiàn)為浮子所占畫面面積大小的變化。因此，通過計算圖像中浮子面積的大小，可以判斷出浮子與攝像機的相對距離，由于攝像機位置是固定的，因而可換算出水位。(2)本實用新型的水質(zhì)測量基本原理當水體采樣圖像灰度值(亮度值)越小時，可認為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時，可以通過對水體總體灰度的計算得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論。測量原理為將拍攝器拍攝的水體圖像和原先保存的標準樣本進行比較，從而精確地測定水質(zhì)。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為實施例中的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例中的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端的電路框圖。
具體實施方式
見圖1-2，本實施例的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，包括垂直設(shè)于水中的管道2、活動設(shè)于該管道2中且密度小于水的球形浮子1、設(shè)于管道2頂端的用于拍攝所述球形浮子1的水位攝像機3、設(shè)于所述管道2 —側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機4 ；所述水位攝像機3和水質(zhì)攝像機4分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路。所述水位攝像機3的鏡頭與所述管道2同中心軸設(shè)置。所述球形浮子1為標準圓球體。所述水質(zhì)攝像機4的一側(cè)設(shè)有光源。所述中央處理單元與一用于實現(xiàn)遠程監(jiān)控的RS232接口相連。球形浮子1采用白色或類白色的輕質(zhì)圓球，球體360度全對稱的特點可以確保浮子任意翻轉(zhuǎn)運動而不影響到其在視頻畫面上的形態(tài)和大小，同時輕質(zhì)的球體密度遠小于水，其至少一半的體積在水面之上，可以讓攝像機拍攝到整個球的截面積。外套深色PVC 管，可以限制浮球的活動范圍，利于拍攝。攝像機四周布設(shè)紅外led光源照射浮球，由于浮球和套管的顏色區(qū)別較大，浮球及其輪廓可明顯被識別出來，為后期處理提供了方便。水位攝像機3和水面的距離與所攝浮球的面積并不呈線性關(guān)系，而是一個由陡變緩的曲線，即浮球距攝像機越近，相同的水位變化，浮球面積變化越大。因而該水位測量方法的精度也是不恒定的，在測量范圍較小時才能保證合適的精度，故適用于水位變化不大的水域(如流動性不大的湖泊，高度有限的蓄水池)。在實際使用中，加大管徑和浮球直徑，同時提高攝像機像素，并加上一些誤差修正手段，可以獲得更高的測量精度和更大的量程。當然，使用這種方法事先需獲得攝像機的位置參數(shù)，同時需建立水位和對應(yīng)像素面積的數(shù)據(jù)庫，在各標定數(shù)據(jù)間的水位可采用一定算法進行計算以獲得。本實施例的水質(zhì)檢測方法，采用機器視覺的手段測量渾濁度、污染物、COD等指標， 該方法的原理為將拍攝器拍攝的水體圖像和原先保存的標準樣本進行比較，從而精確地測定水質(zhì)。與所述中央處理單元采用FPGA，采用標準PAL視頻的攝像頭采集圖像，光源為高功率紅外發(fā)光二極管陣列，視頻A/D模塊和視頻D/A模塊分別選擇NXP SAA7114和 SAA7121。在數(shù)據(jù)輸出方面，現(xiàn)場可通過四位數(shù)碼管顯示水位和水質(zhì)狀況，同時還設(shè)計了通信模塊，以供數(shù)據(jù)的對外發(fā)送。 水質(zhì)攝像頭采集到的動態(tài)模擬視頻，采用CVBS方式傳輸?shù)揭曨lA/D模塊，由其轉(zhuǎn)換為標準的ITU. 656數(shù)字視頻流，F(xiàn)PGA負責從數(shù)字視頻流中抓取有效圖像并作處理，以得出水位參考值或水質(zhì)參考值，并將該值通過通信模塊經(jīng)由RS232接口輸出。視頻D/A模塊和監(jiān)視器用于安裝和調(diào)試時的畫面監(jiān)控，四位數(shù)碼管可現(xiàn)場顯示水位參考值或水質(zhì)參考值。
權(quán)利要求1.一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，其特征在于包括垂直設(shè)于水中的管道(2)、活動設(shè)于該管道(2)中且密度小于水的球形浮子(1)、設(shè)于管道(2)頂端的用于拍攝所述球形浮子 (1)的水位攝像機(3)、設(shè)于所述管道(2) —側(cè)用于獲取水質(zhì)灰度識別用圖像的水質(zhì)攝像機 (4)；所述水位攝像機(3)和水質(zhì)攝像機(4)分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連，所述中央處理單元還連接有用于現(xiàn)場實時顯示水質(zhì)狀況的數(shù)碼管電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，其特征在于所述水位攝像機(3)的鏡頭與所述管道(2)同中心軸設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，其特征在于所述球形浮子(1) 為標準圓球體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，其特征在于所述水質(zhì)攝像機 (4)的一側(cè)設(shè)有光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，其特征在于所述中央處理單元與一用于實現(xiàn)遠程監(jiān)控的RS232接口相連。
專利摘要本實用新型涉及一種水位、水質(zhì)的監(jiān)測終端，包括活動設(shè)于管道中的浮子、用于拍攝所述球形浮子的水位攝像機和水質(zhì)攝像機；水位、水質(zhì)攝像機分別通過第一、第二視頻A/D模塊與一中央處理單元該相連，該中央處理單元通過一視頻D/A模塊與一監(jiān)視器相連。水位測量基本原理根據(jù)物體在眼中的成像原理，東西越遠，看著就越小，對于攝像機、照相機拍攝的視頻、圖片，同樣是如此。水質(zhì)測量基本原理當水體采樣圖像灰度值(亮度值)越小時，可認為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時，可以通過對水體總體灰度的計算得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論。測量原理為將拍攝器拍攝的水體圖像和原先保存的標準樣本進行比較，從而精確地測定水質(zhì)。
文檔編號H04N7/18GK202282828SQ20112040709
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者莊華, 朱婷婷, 錢琴, 黃丹 申請人:常州工學院