适于远程监控的混凝土裂缝宽度测量仪制造技术

本实用新型专利技术涉及适于远程监控的混凝土裂缝宽度测量仪，主要用于混凝土裂缝宽度本地自动判读。硬件模块部分包括摄像头、图像采集模块、ＤＳＰ、图像显示模块、网络模块、外扩存储空间、中断控制模块、显示器以及外围电路。图像采集模块将采集到的模拟视频信号转化成数字信号送ＤＳＰ处理。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网络模块或图像显示模块。本实用新型专利技术能实现远程数据传输、接收、存储、分析和缝宽自动判读功能，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，便于对危险裂缝进行实时监控。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及适于远程监控的混凝土裂缝宽度测量仪，主要用于混凝 土裂缝宽度本地自动判读，裂缝宽度及图像数据的远程网络传输和对某一段 处危险裂缝的远程实时网络监控。
技术介绍
混凝土裂缝通用检测标准规定裂缝宽度最大为0.2mm。超过该标准的混 凝土裂缝会严重降低混凝土材料的承载力从而危及人们的生命安全。因此现 场快速精确测出缝宽，个别危险裂缝进行远程实时监控，对裂缝宽度及图像 数据进行远程网络传输及分析具有特别重要意义。目前国内对于裂缝宽度的 测量，使用最广的是读数显微镜法。该方法是操作者通过目镜能看到裂缝放 大图像及刻度尺和游标，通过刻度盘调整游标位于裂缝边缘，位于两个边缘 的刻度盘数值之差即为缝宽。该方法读数过程繁琐，人员主观性大，测量精 度低；随后出现基于CCD技术的混凝土缝宽测量法。该方法的操作者是使用 CCD摄像头拍摄裂缝图像，用显示屏显示放大的裂缝图像，并通过调整摄像头 使裂缝与显示器上刻度尺垂直，即可根据显示屏上的刻度尺读取裂缝宽度值。 但该方法仍然没有从根本上克服测量效率和人为误差的问题；基于DSP技术 的混凝土裂缝宽度测量仪的出现克服了上述弊端，实现了对裂缝宽度数据的 快速自动判读，但仍存在很多不足l.要求操作人员必须到现场操作仪器， 导致操作现场化，存在严重弊端。2.无法将裂缝及图像数据进行远程传输、 分析，影响了危险裂缝的分析判决，导致判识效率低且易引发严重事故。3. 对个别危险裂缝不能实时跟踪监控从而引发危险事故，造成安全隐患。4.由 于对个别危险裂缝无法进行远程实时监控，也导致现场频繁检测，造成人力 浪费，检测效率低。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有混凝土裂缝宽度测量仪仅限于本地自动 判读，无法将缝宽及图像数据远程网络传输和对某一段危险裂缝进行远程实 时监控，导致实时性差、测量效率低。本技术提出了一种基于新的网络视频、DSP、 CCD三者技术结合，能实现远程数据传输、接收、存储、分析 和缝宽自动判读功能的便携式高精度嵌入式混凝土裂缝宽度检测仪。本技术的技术方案如图l所示，其特征在于包括硬件模块及实现缝宽 自动判读方法的软件模块。硬件模块部分包括摄像头、图像采集模块、DSP、 图像显示模块、网络模块、外扩存储空间、中断控制模块、显示器以及外围 电路。软件模块用于实现硬件模块初始化及实现缝宽自动判读方法。硬件部 分用摄像头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 块采用Philips公司的SAA7115芯片将采集到的模拟视频信号转化成数字信号 送DSP处理。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网络模块或图像显示模块。 网络模块负责将视频信号通过以太网接口进行远距离网络传输。图像显示模 块采用Philips公司的SAA7104芯片将DSP处理后的数字视频信号转化成模拟 视频信号在显示器上实时显示裂缝图像和宽度值；外扩存储空间是由存储电 路扩展的两片SDRAM和一片FLASH ROM闪存组成。中断控制模块与按键电 路共同作用产生DSP硬件中断，从而实现本仪器的菜单功能。所述的网络模块 与DSP芯片连接，DSP芯片内置10/100Mb/s的以太网介质访问控制器EMAC和 管理数据输入输出模块MDIO， DSP芯片通过以上两个模块与网络模块相连。 EMAC模块是DS3P处理器内核与片外的网络物理层数据传输的接口，负责以太 网数据的接收和发送。MDIO模块负责管理与EMAC相连的所有PHY芯片，包括对PHY芯片进行枚举、配置和器件状态监测等。所述的图像采集模块与DSP 芯片的连接，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，当釆集视频信号时，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像采集模块中 输出；所述的图像显示模块与DSP芯片的连接，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；外围电路包括以太 网接口电路、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、连接器电路以及电源转换电路；以太网接口电路主要是Intel LXT971PHY的外围电路的接口设计，该芯片是快速以太网物理层自适应收发 器，能够与DSP芯片的EMAC/MDIO模块无缝连接。存储器电路由SDRAM以 及FLASHROM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。连接器电路提供电路板上器件与外 部CCD摄像头、电源及显示器等外围器件的方便连接，以及采用锂电池供电 和直流转直流电源模块解决测量仪的供电方法。软件模块部分的特征包括实现硬件电路的初始化和裂缝宽度的自动判读方 法。硬件电路初始化功能的实现是基于TI公司的NDK网络驱动开发包来实现的；缝宽自动判读方法的实现则是借助于一系列图像处理方法。软件功能的实现过程如图2所示首先硬件电路上电后自动从FLASH加载程序，利用TI公 司的NDK网络驱动程序实现硬件电路的初始化功能。之后仪器进入开机菜单界 面，此时按照用户选择的不同菜单项，仪器将分别执行裂缝图像处理、裂缝 宽度数据察看和裂缝宽度数据清除操作。裂缝宽度数据察看和裂缝宽度数据 清除操作菜单项分别执行显示前几次存储的裂缝宽度数据和清除前几次存储 的裂缝宽度数据操作。裂缝图像处理菜单项执行的图像处理功能是本仪器的 核心功能部分，其特征在于在显示器中央用DSP做出十字标尺，用CCD摄 像头采集裂缝图像时，将位于显示器中央的十字标尺对准要测量的裂缝的中 间位置，DSP接收来自图像采集模块传递来的原始图像亮度数据，由DSP对裂 缝图像进行处理，处理方法主要包括图像截取、图像分割、反色处理、区域 标记、小面积消去、宽度测量、图像标尺、宽度显示、输出图像合成。具体 步骤如下DSP接收来自图像采集模块传递来的原始图像亮度数据，该数据 在液晶屏上为一幅720X576像素的裂缝灰度图像。首先执行图像截取功能， 该功能是以裂缝为中心，左右各s个像素，以2sXt像素的图像区域作为待处理区域，采用公式你力-K"，力，"，力"代处舰域，完成截取2sXt像素的图像区域，用于后续的图像处理，s为大于裂缝宽度像素一半的像素值，t为小于显示 屏高度的像素值；/~，力为图中坐标为~，力处图像像素灰度值。图像分割功能是 对截取的2sXt像素的裂缝灰度图像的进行二值化处理，即将灰度图像变为黑 白图像以便于后续图像处理；由于二值化后的图像裂缝为黑色背景为白色， 所本文档来自技高网...

【技术保护点】
适于远程监控的混凝土裂缝宽度测量仪，包括摄像头、图像采集模块、ＤＳＰ、图像显示模块、外扩存储空间、显示器以及外围电路；用ＣＣＤ摄像头来采集混凝土表面的裂缝图像，输出模拟视频信号；图像采集模块将采集到的模拟视频信号转化成数字信号送ＤＳＰ处理；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ＤＳＰ处理后的数字视频信号转化成模拟视频信号在显示器上实时显示裂缝图像和宽度值；其特征在于：还包括网络模块，中断控制模块，外围电路还包括以太网接口电路、连接器电路；网络模块负责将视频信号通过以太网接口进行远距离网络传输；中断控制模块与按键电路共同作用产生ＤＳＰ硬件中断，从而实现本仪器的菜单功能；所述的网络模块与ＤＳＰ芯片连接，ＤＳＰ芯片内置１０／１００Ｍｂ／ｓ的以太网介质访问控制器ＥＭＡＣ和管理数据输入输出模块ＭＤＩＯ，ＤＳＰ芯片通过以上两个模块与网络模块相连；ＥＭＡＣ模块是ＤＳＰ处理器内核与片外的网络物理层数据传输的接口，负责以太网数据的接收和发送；ＭＤＩＯ模块负责管理与ＥＭＡＣ相连的所有ＰＨＹ芯片，包括对ＰＨＹ芯片进行枚举、配置和器件状态监测等；ＤＳＰ将带有裂缝宽度值的数字视频信号传给网络模块；以太网接口电路主要是ＩｎｔｅｌＬＸＴ９７１ＰＨＹ的外围电路的接口设计，该芯片是快速以太网物理层自适应收发器，能够与ＤＳ Ｐ芯片的ＥＭＡＣ／ＭＤＩＯ模块无缝连接；连接器电路提供电路板上器件与外部ＣＣＤ摄像头、电源及显示器等外围器件的方便连接，以及连接直流转直流电源转化模块和锂电池供电电路，解决测量仪的供电问题。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌，王芹，胡彦彦，何存富，宋国荣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]