[发明专利]一种危化品指针式仪表的数字接口方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于危化品智能仪表技术领域，涉及危化品指针式仪表的接口方法及系统，尤其涉及采用光学非接触式危化品指针式仪表的数字接口方法和系统。

背景技术

随着国民经济生产总值的提高，危化品产业已经成为支撑我国国民经济生产的重要产业之一。然而由于危化品特殊的理化性质，危化品实质上是一种对人民生命财产安全有潜在威胁的商品，其在生产、存储、运输、使用中各个环节的安全管理成为危化品企业、相关政府部门和研究人员关心的一个重要课题。随着信息技术的发展，对危化品生产、存储、运输、使用中各个环节的关键数据监测成为危化品安全管理的一个重要技术手段。然而，正是由于危化品的特殊理化性质，目前大量使用的仍然是指针式仪表，参见王怡著的“基于DSP的指针式仪表数据智能采集系统设计”，西安电子科技大学，2011，pp2。如何在保证安全和非接触式测量条件下获得危化品指针式仪表的读数，成为危化品产业关键数据信息化的一个重要问题。

目前，指针式仪表示值读取多采用数字图像处理方法。这种方法的通常做法是：首先采集并输入仪表表盘的图像，然后对表盘图像进行预处理，提取得到表盘图像中指针所在位置，最后经过数值计算得出指针式仪表的读数。参见Correa Alegria和Cruz Serra所著的“Automatic Calibration of Analog and Digital Measuring Instruments Using Computer Vision”，IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT，Vol.49，No1，2000，pp94～99。这种方法对于读取危化品指针式仪表主要有两方面的缺点。一是完成数字图像处理任务过于依赖系统的内存和处理器等硬件配置。为了准确提取表盘图像中指针所在位置，需要有足够的存储空间来存储数字图像和图像处理过程中产生的变量；为了快速准确得到危化品指针式仪表的读数，这种方法对处理器的运算速度有较高要求。为了满足内存和处理器的要求，有时甚至需要使用计算机来辅助处理，这对于危化品这种特定的工况来说，既不经济又难以保证系统的安全运行。二是由于数字图像处理方法的复杂性，难以将进入危化品场所的电能量限制在较低的范围内，这就增加了危化品管理的潜在风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于危化品工况下的指针式仪表数字接口系统，充分利用危化品指针式仪表的读数示值，将危化品指针式仪表读数数字化。并且提供一种危化品指针式仪表数字接口方法，对危化品指针式仪表数字接口系统进行校准、建立数据表数据，将危化品指针式仪表变换后的数字信号经过安全防护单元进行电气隔离后发送到传输链路上。

本发明的技术方案是，对危化品指针式仪表安装光源、光信号接收单元和光电转换单元。通过处理器单元中的A/D转换器接收光电转换单元的电信号，光电转换单元输出电平和处理器单元中的A/D转换器输入电平相兼容。处理器单元一方面根据光电转换单元的基线信号控制光源强度，另一方面根据危化品指针式仪表的指针在光信号接收单元中所成的指针像素点，确定所述指针的位置。危化品指针式仪表指针摆幅有小于120°且大于0°、大于等于120°且小于240°和大于240°且小于360°三种类型，危化品指针式仪表指针摆幅小于120°且大于0°时，选择单片光信号接收单元覆盖危化品指针式仪表指针摆动范围，且向存储单元的光信号接收单元数目地址写入1；当危化品指针式仪表指针摆幅大于等于240°且小于360°时，选择两片光信号接收单元进行组合，覆盖危化品指针式仪表指针摆动范围，且向存储单元的光信号接收单元数目地址写入2；当危化品指针式仪表指针摆幅大于等于120°且小于240°时，选择三片光信号接收单元进行组合，覆盖危化品指针式仪表指针摆动范围，且向存储单元的光信号接收单元数目地址写入3。处理器单元根据光信号接收单元输出的危化品指针式仪表指针所处的位置将转换好的数据发送给信号调理单元。信号调理单元将处理器单元的输出信号调理成RS-485信号，经过安全防护单元发送到传输链路上。安全防护单元由限制供电的安全栅和通信电气隔离器组成。通信电器隔离器将RS-485信号先转换为光信号再转换为电信号（光隔离），或者将RS-485信号先转换为磁信号再转换为电信号（磁隔离）。整个系统包括光信号接收单元、光电转换单元、光源、存储单元、处理器单元、信号调理单元和安全防护单元。本发明中，处理器单元由带有A/D转换器的单片机实现，存储单元由EEPROM存储器实现。

本发明还提供一种危化品指针式仪表的数字接口方法，其特征在于包含校准模块和数据读取模块，具体步骤如下：