CN111854889A - 一种基于图像处理技术的水位监测***及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理技术的水位监测***及监测方法，太阳能供电模块与PCF8563模块之间用导线连接，太阳能供电模块与TF卡模块之间用导线连接，太阳能供电模块与OV7725模块之间用导线连接，太阳能供电模块与STM32最小***之间用导线连接，太阳能供电模块与无线DTU模块之间用导线连接，STM32最小***与无线DTU模块之间用导线连接，无线DTU模块与数据终端之间用Internet连接。采用图像处理技术进行水位监测，相较于传统基于传感器的水位检测方法，本方法检测结果更为精确。具有多种工作模式，且各种工作模式之间能够相互切换，工作方式更为灵活。更加节能。工作更稳定，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及水位监测***，具体为一种基于图像处理技术的水位监测***及监测方法。
背景技术
水是生命之源，对全球气候的变化有着重要影响。当今，水资源保护已成为全世界的共同任务。作为环境监测的重要组成部分之一，水环境监测一直是世界性的研究热点之一。水位是水环境的关键参数之一，水位监测一直是水环境监测的关键任务之一。准确监测水位对水资源保护和气候变化研究都有着重要意义。目前，水位测量方法主要有标杆法，超声波测距法，激光测距法和电磁波测距法。其中，标杆法，需要人工读取标杆上的刻度，需要消耗大量人工且误差较大。超声波在空气中传播的速度会受到温度、气压、风速等环境因素影响，同时超声波测距仪存在测量盲区，对入射角和反射面要求较高，导致超声波测距在野外环境中工作有效性较差，测量精度不高。激光测距***对光路***的清洁度要求较高，不便于维护。电磁测距精度较高，但设备体积和功耗较大，不适用于长期无人值守的水位监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图像处理技术的水位监测***及监测方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种基于图像处理技术的水位监测***包括STM32最小***、PCF8563模块、TF卡模块、OV7725模块、无线DTU模块、太阳能供电模块、数据终端，太阳能供电模块与PCF8563模块之间用导线连接，太阳能供电模块与TF卡模块之间用导线连接，太阳能供电模块与OV7725模块之间用导线连接，太阳能供电模块与STM32最小***之间用导线连接，太阳能供电模块与无线DTU模块之间用导线连接，STM32最小***与无线DTU模块之间用导线连接，无线DTU模块与数据终端之间用Internet连接。
作为优选，所述的太阳能供电模块包含太阳能电池板、太阳能充电控制模块、9V可充电锂电池和DC-DC降压变压器模块，太阳能电池板与太阳能充电控制器模块之间用导线连接；太阳能充电控制器模块与9V可充电锂电池之间用导线连接；9V可充电锂电池与DC-DC降压变压器模块之间用导线连接。
作为优选，所述的STM32最小***是整个***的主控单元，负责***的整体运行。
作为优选，所述的PCF8563模块是***的时钟模块，微***提供时间数据和***工作触发信号。
作为优选，所述的TF卡模块是***的数据存储单元，用于存储采集到的水位数据，包括图片格式数据和字符格式数据。
作为优选，所述的OV7725模块是***的水位图像采集单元，用于拍摄水位图片。
作为优选，所述的无线DTU模块是***的无线数据传输单元，用于水位监测***与数据终端的数据传输，是***的人机交互通道。
作为优选，所述的太阳能供电模块是***的供电单元，可为***提供3v–5v直流电压。
一种基于图像处理技术的水位监测***具有三种工作模式，分别为：自动工作模式、实时工作模式、定时工作模式，三种工作模式之间能够相互切换，***默认工作模式为自动工作模式，***初始化后，识别数据终端发送来的命令，并根据命令选择工作模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用图像处理技术进行水位监测，相较于传统基于传感器的水位检测方法，本本监测***检测结果更为精确。
具有多种工作模式，且各种工作模式之间能够相互切换。相较于传统水位检测方法，本监测***工作方式更为灵活。
具有定时工作模式，休眠时处于超低功耗状态，相较于传统水位检测方法，更加节能。
采用太阳能电池板加可充电锂电池进行供电。相较于传统水位检测方法，电力保障更可靠，***工作更稳定，绿色环保。
通过无线DTU进行数据通信。相较于传统水位检测方法，本监测***操作更为快捷可靠。
将水位图片和水位值保存在TF卡中，并及时将数据传送到数据终端。相较于传统水位检测方法，数据保存更为安全，且能保留原始数据(水位图片)，可供后期深入研究继续使用。
采用模块设计，相较于传统水位检测方法，本监测***使用和维护更为方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的监测***的监测方法原理图；
图3为本发明实施例中使用状态安装结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：参照图1所示，一种基于图像处理技术的水位监测***包括STM32最小***、PCF8563模块、TF卡模块、OV7725模块、无线DTU模块、太阳能供电模块、数据终端，太阳能供电模块与PCF8563模块之间用导线连接；太阳能供电模块与TF卡模块之间用导线连接；太阳能供电模块与OV7725模块之间用导线连接；太阳能供电模块与STM32最小***之间用导线连接；太阳能供电模块与无线DTU模块之间用导线连接；STM32最小***与无线DTU模块之间用导线连接；无线DTU模块与数据终端之间用Internet连接。
参照图3所示为一种基于图像处理技术的水位监测***安装结构示意图，其中标杆2竖直固定于水1中，用固定卡3将横杆4固定在标杆2上，横杆4与水平面夹角应小于10度，一种基于图像处理技术的水位监测***5固定在横杆4上，***的摄像头应能扫描到标杆2与水面的交点。
一种基于图像处理技术的水位监测***5获取水位图片中水面与标杆交点的位置。记录不同水位时水面与标杆交点位置在图像中的像素点坐标，并将该坐标与实际水面高度进行最小二乘法拟合求得像素点与实际水面高度的函数关系式Y＝A*X2+B*X+C(其中A＝-0.0037,B＝1.7377,C＝-105.433)；
一种基于图像处理技术的水位监测***5利用图像处理方法获得水面与标杆交点，然后根据函数关系式Y＝A*X2+B*X+C(其中A＝-0.0037,B＝1.7377,C＝-105.433)计算得到水面实际高度。
水位图片以“.tif”格式保存，并以拍摄时间为文件名，如“20200525093030.tif”(2020年5月25日9时30分30秒)。水位值保存在TXT文档中，每一天的水位数据保存在同一个TXT文档中。TXT文档以日期命名，如“20200525”(2020年5月25日)。水位数据的格式为“YYYYMMDDhhmmssdddd”，如“202005250930300500”(2020年5月25日9时30分30秒水位为500cm)。
参照图2所示：本基于图像处理技术的水位监测***的监测方法为：当识别命令格式为“@auto&”时，***进入自动工作模式，在自动工作模式下，***首先拍摄水位图片，让水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端，***发送完水位图片和水位值后，检测是否有测试命令发来，若检测到有测试命令发来，则识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然工作在自动工作模式；
当识别命令格式为“@test******&”时，***进入定时工作模式；命令中的“******”表示***启动测试水位时，***所在当地的时间，例如：当命令格式为“@test093000&”时，表示***将在当地时间09时30分00秒启动测试水位，在定时工作模式下，***只有在定时时间到来后，启动测试水位，其余时间则处于休眠状态，当定时时间到来后，***退出休眠模式，然后拍摄水位图片，再将水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端，***发送完水位图片和水位值后将立即进入休眠模式，当再次接收到测试命令，***则退出休眠模式，并识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然处于休眠模式，并继续工作在定时工作模式；
当识别命令格式为“@now&”时，***进入实时工作模式，在实时工作模式下，***首先拍摄水位图片，让水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端；***发送完水位图片和水位值后将立即进入休眠模式，当再次接收到测试命令，***则退出休眠模式，并识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然处于休眠模式，并将工作在定时工作模式。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的监测***包括STM32最小***、PCF8563模块、TF卡模块、OV7725模块、无线DTU模块、太阳能供电模块、数据终端，太阳能供电模块与PCF8563模块之间用导线连接，太阳能供电模块与TF卡模块之间用导线连接，太阳能供电模块与OV7725模块之间用导线连接，太阳能供电模块与STM32最小***之间用导线连接，太阳能供电模块与无线DTU模块之间用导线连接，STM32最小***与无线DTU模块之间用导线连接，无线DTU模块与数据终端之间用Internet连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的太阳能供电模块包含太阳能电池板、太阳能充电控制模块、9V可充电锂电池和DC-DC降压变压器模块，太阳能电池板与太阳能充电控制器模块之间用导线连接；太阳能充电控制器模块与9V可充电锂电池之间用导线连接；9V可充电锂电池与DC-DC降压变压器模块之间用导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的STM32最小***是整个***的主控单元，负责***的整体运行。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的PCF8563模块是***的时钟模块，微***提供时间数据和***工作触发信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的PCF8563模块是***的时钟模块，微***提供时间数据和***工作触发信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的TF卡模块是***的数据存储单元，用于存储采集到的水位数据，包括图片格式数据和字符格式数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的OV7725模块是***的水位图像采集单元，用于拍摄水位图片。
8.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的无线DTU模块是***的无线数据传输单元，用于水位监测***与数据终端的数据传输，是***的人机交互通道。
9.根据权利要求1所述的一种基于图像处理技术的水位监测***，其特征在于：所述的太阳能供电模块是***的供电单元，可为***提供3v–5v直流电压。
10.一种基于图像处理技术的水位监测***的监测方法，其特征在于：所述的检测方法具有三种工作模式，分别为：自动工作模式、实时工作模式、定时工作模式，三种工作模式之间能够相互切换，***默认工作模式为自动工作模式，***初始化后，识别数据终端发送来的命令，并根据命令选择工作模式；其具体方法为：当识别命令格式为“@auto&”时，***进入自动工作模式，在自动工作模式下，***首先拍摄水位图片，让水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端，***发送完水位图片和水位值后，检测是否有测试命令发来，若检测到有测试命令发来，则识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然工作在自动工作模式；
当识别命令格式为“@test******&”时，***进入定时工作模式；命令中的“******”表示***启动测试水位时，***所在当地的时间，在定时工作模式下，***只有在定时时间到来后，启动测试水位，其余时间则处于休眠状态，当定时时间到来后，***退出休眠模式，然后拍摄水位图片，再将水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端，***发送完水位图片和水位值后将立即进入休眠模式，当再次接收到测试命令，***则退出休眠模式，并识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然处于休眠模式，并继续工作在定时工作模式；
当识别命令格式为“@now&”时，***进入实时工作模式，在实时工作模式下，***首先拍摄水位图片，让水位图片保存到TF卡中，接着处理该水位图片，得到水位值，再将水位值保存到TF卡中，接着将水位图片和水位值通过无线DTU发送到数据终端；***发送完水位图片和水位值后将立即进入休眠模式，当再次接收到测试命令，***则退出休眠模式，并识别命令，接着进入相应工作模式；若检测到无测试命令发来，则依然处于休眠模式，并将工作在定时工作模式。
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