第二十二章 基于图像识别与传输的工业仪表无线识读装置设计

　　引言

　　工业现场中有大量的本地显示仪表并不具有任何通信功能，比如指针式的压力表。工作人员必须通过定时巡检，才能获得仪表读数并确定对应的工业过程是否正常运行。采用巡检方式，工人的劳动强度大，而且巡检间隔长，不利于及时记录及处理短时出现的异常情况。

　　现有的用于无线化升级工厂传统仪表的无线适配器装置，需要传统仪表具有模拟或数字通信能力，对于不具有通信能力的仪表，则无能为力。

　　更换或改造这些在工业现场大量存在的不具备通信功能的本地显示仪表，不但需要花费大量的仪表购置及施工经费，还会对正常的生产过程造成不利影响，因而，目前迫切需要一种工业无线装置，能够在不需改造或更换现有仪表的前提下，实现对这些仪表数据的远程获取。

　　随着图像传感器及微控制器性价比的不断提升以及图像处理技术的发展，利用图像识别方式获取仪表读数在技术和最终产品价格上都已可行，成为无线化、智能化传统本地显示仪表的重要方式。

　　工业仪表无线识读装置是一种新型的工业无线装置，它安装在工业仪表的表盘外，通过内置的图像传感器拍摄仪表表盘，并通过对获得的仪表表盘的图像的处理和识别，得到仪表读数，得到的仪表读数可以通过工业无线网络发送到工厂监控中心，从而实现对传统本地显示仪表的远程监测。无线仪表识读装置具有液晶面板，可以显示仪表数值，不影响原有仪表的本地显示功能，而且，由于采用图像识别方式，无需破坏现有仪表的压力密封装置或进行重新布线，也无需工厂停止工作进程以替换旧有仪表，具有安装快捷、成本低廉的优点。

　　国外仪表公司对于开发无线识读装置非常重视， Honeywell公司在2009年4月已经推出了相关产品，如图1所示，但其产品采用802.11方式进行通信，与我国推出的具有自主知识产权的WIA-PA工业无线技术标准并不兼容，而且价格较高。本文提出了一种符合我国WIA-PA标准，而且成本较低的工业仪表无线识读装置的设计方案。

　　1 无线识读装置的构成

　　无线识读装置的系统构成如图2所示，主要由图像采集模块、ARM核心板模块、无线模块及实现输入输出、电源和存储功能的母板模块等几部分构成。

　　1.1 图像采集模块

　　图像采集模块负责采集工业仪表的数值。鉴于CMOS图像传感器具有低成本、低功耗和高整合度的优点，本设计采用了MICRON公司的MT9D111型图像传感器芯片。MT9D111是一种1/3英吋、200万像素的CMOS图像传感器，包含一个复杂的影像串流处理器(IFP)、一个实时JPEG编码器、一个整合的微控制器、还提供闪光支持、自动聚焦、光学缩放以及机械快门支持。整个单芯片系统(SoC)可以在低照度条件下提供良好性能，而且功耗很低。为提供来良好的照明和成像条件，图像采集模块还需包括白光LED照明和光学镜头等附件。