CN114988508A - 一种基于机器视觉检测水质的水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于机器视觉检测水质的水处理装置及方法，涉及水处理技术领域，所述装置包括水处理系统、反冲洗系统、检测系统和主控系统，所述检测系统用于获取反应水处理系统的出水硬度的图像，所述主控系统通过图像获取出水硬度以控制水处理系统和反冲洗系统的工作状态；所述方法包括：步骤S1，注水步骤；步骤S2，注剂步骤；步骤S3，待检图像获取步骤；步骤S4，出水硬度获取步骤；步骤S5，处理步骤。本发明的水处理装置及方法能够检测水处理系统的出水硬度，在出水硬度不合格后再控制反冲洗系统进行反冲洗，有利于避免资源浪费；本发明能在反冲洗后出水硬度仍不合格时控制水处理系统停止运作，避免水处理系统继续输出硬度不合格的水。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉检测水质的水处理装置及方法。
背景技术
水硬度通常指水中钙、镁离子的含量。水硬度在不同的领域有不同的标准，其中，国家标准GB/T1576-2018《工业锅炉水质》中提出：合格的给水硬度应小于0.03mmol/L。
现有的水处理装置通常具有反冲洗功能，以清除截留在滤料层中的杂质，使滤池恢复过滤和降低水硬度等功能。
但现有技术基本是根据时间或流量来定时反冲洗，如申请号为CN202022318651.9的中国实用新型专利公开了一种新型不用电定时排污反冲洗全自动净水器，该净水器需手动设置排污反冲洗间隔时间，这样一方面若出现其他影响因素，那么，定时反冲洗也难以确保出水硬度的合格程度；另一方面，在出水硬度合格的情况下仍定时反冲洗将会造成资源浪费。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种基于机器视觉检测水质的水处理装置及方法，能够检测水处理系统的出水硬度，确保出水硬度的合格性，还能避免在出水硬度合格的情况下反冲洗而导致的浪费资源。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，包含水处理系统和反冲洗系统，还包含检测系统和主控系统，所述检测系统包含比色池、用于向比色池注入水处理系统的出水的注水单元、用于向比色池注入检测试剂的试剂单元、用于获取比色池内液体的图像的图像获取单元，以及排水单元；所述主控系统用于控制检测系统运作以获取图像，通过图像获取出水硬度并根据出水硬度来控制水处理系统和反冲洗系统的工作状态。
所述检测试剂可以选用现有技术中与钙镁离子反应后由蓝变紫红的钙镁测试剂。本发明通过向比色池注入水处理系统的出水，再注入检测试剂，然后获取反应后的图像，通过分析图像获取水处理系统的出水硬度，再根据出水硬度判断是否需要进行反冲洗，并根据反冲洗后检测到的出水硬度来确定是否控制水处理系统停止运作。
由此，相较于现有技术中，难以确保出水硬度的合格程度，且容易造成资源浪费的具有定时反冲洗功能的水处理装置，本发明的水处理装置能够检测水处理系统的出水硬度，在出水硬度不合格后再控制反冲洗系统进行反冲洗，有利于避免资源浪费；本发明还能在反冲洗后出水硬度仍不合格时控制水处理系统停止运作，避免水处理系统继续输出硬度不合格的水。
作为优选，所述注水单元包含注水计量泵，所述试剂单元包含试剂计量泵。
由此，便于在出水硬度检测实验时，向比色池定量注入检测试剂和水处理系统的出水。
作为优选，所述检测系统还包含搅拌器，所述搅拌器包含用于搅动比色池内液体的搅动部和用于驱动所述搅动部运作的搅拌驱动部。
由此，有利于提高反应效率，便于检测试剂与比色池内的水更快地充分反应。
作为优选，所述检测系统还包含去沫总成，所述去沫总成包含安装于所述比色池的齿条、滑动连接于所述比色池的安装板、以及分别连接于所述安装板的筛网和去沫驱动部，所述去沫驱动部的驱动端连接有齿轮，所述齿轮啮合于所述齿条。
该优选所述去沫驱动部用于驱动啮合于齿条的齿轮转动，进而带动连接有筛网的安装板相对比色池移动，以在图像获取单元获取图像前筛去比色池内的浮沫和杂质，避免浮沫和杂质影响检测结果，有利于提高检测结果的准确性。
本发明还提供一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，基于如权利要求1所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置实现，方法包括：
步骤S1，注水步骤：通过注水单元向比色池注入水处理系统的出水；
步骤S2，注剂步骤：通过试剂单元向比色池注入检测试剂；
步骤S3，待检图像获取步骤：通过图像获取单元获取比色池中反应后的液体的待检图像；
步骤S4，出水硬度获取步骤：通过主控系统分析待检图像，以获得水处理系统对应的出水硬度；
步骤S5，处理步骤：当出水硬度合格时，保持水处理系统正常运作，清洗并排空比色池以待下一次出水硬度检测；当出水硬度不合格时，控制反冲洗系统进行反冲洗，然后重复步骤S1～S4以获得反冲洗后的出水硬度，若反冲洗后的出水硬度合格，则保持水处理系统正常运作，清洗并排空比色池以待下一次出水硬度检测；若反冲洗后的出水硬度仍不合格，控制水处理系统停止运作。
作为优选，所述检测系统还包含搅拌器和去沫总成；在步骤S2和S3之间还有步骤S6，促进步骤：通过搅拌器对比色池内的液体进行搅拌，然后通过去沫总成筛去完成搅拌后的液体上的浮沫和杂质。
作为优选，所述步骤S1前还包括：
步骤S0，比色图像获取步骤：依次向比色池注入不同硬度的水，每次注水后都注入检测试剂，并通过图像获取单元获取各硬度下的水与检测试剂反应后的比色图像并传输至主控系统，各比色图像的颜色类别相同。
作为优选，所述步骤S4具体包括：通过主控系统分析待检图像的颜色，若颜色类别与比色图像的颜色类别不同，输出颜色异常的结果信息并控制水处理系统停止运作；若颜色类别与比色图像的颜色类别相同，进一步获取待检图像的亮度，并从各比色图像中获取与该待检图像的亮度最接近的比色图像，作为测定图像，将测定图像对应的水硬度作为检测到的出水硬度。
作为优选，所述步骤S1中的注水量与步骤S0中每次的注水量相同；所述步骤S2中注入比色池的检测试剂的量和步骤S0中每次注入比色池的检测试剂的量相同。
由此，有利于控制变量，避免因注水量和试剂量的不同而影响水硬度检测结果。
作为优选，在获取待检图像和比色图像后，先对待检图像或比色图像进行预处理以待进一步分析处理，所述预处理包括对图像中的异常区域通过就近填充的方式覆盖。
由此，有利于避免图像中的异常区域，如残留的浮沫和杂质等对检测结果的影响。
本发明具有以下好处：
1、本发明能够检测水处理系统的出水硬度，根据出水硬度判断是否需要进行反冲洗，有利于避免资源浪费；本发明还能在反冲洗后出水硬度仍不合格时控制水处理系统停止运作，避免水处理系统继续输出硬度不合格的水。
2、本发明的水处理装置的检测系统包含搅拌器，有利于提高比色池中化学反应的反应效率。
3、本发明的水处理装置的检测系统还包含去沫总成，以在图像获取单元获取图像前筛去比色池内的浮沫和杂质，避免浮沫和杂质影响检测结果，有利于提高检测结果的准确性。
4、本发明的水处理方法中，所述步骤S1中的注水量与步骤S0中每次的注水量相同；所述步骤S2中注入比色池的检测试剂的量和步骤S0中每次注入比色池的检测试剂的量相同。由此，有利于控制变量，避免因注水量和试剂量的不同而影响水硬度检测结果。
5、本发明的水处理方法中，在获取待检图像和比色图像后，先对待检图像或比色图像进行预处理以待进一步分析处理，所述预处理包括对图像中的异常区域通过就近填充的方式覆盖。由此，有利于避免图像中的异常区域，如残留的浮沫和杂质等对检测结果的影响。
附图说明
图1为本发明所述水处理装置的示意图；
图2为去沫总成的俯视局部示意图。
图中：1水处理系统、2反冲洗系统、3检测系统、31比色池、32注水单元、321注水计量泵、33试剂单元、331试剂计量泵、34图像获取单元、35排水单元、36搅拌器、361搅动部、362搅拌驱动部、37去沫总成、371齿条、372安装板、373筛网、374去沫驱动部、375齿轮。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明并不限于该实施例，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1，一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，包含水处理系统1和反冲洗系统2，还包含检测系统3和主控系统。
所述检测系统3包含比色池31、用于向比色池31注入水处理系统1的出水的注水单元32、用于向比色池31注入检测试剂的试剂单元33、用于获取比色池31内液体的图像的图像获取单元34，以及排水单元35。
所述主控系统用于控制检测系统3运作以检测水处理系统1的出水硬度。所述主控系统可以包含型号为STM32F103RCT6的芯片。所述图像获取单元34可以包含型号为FY-2126B的工业模组摄像头。
检测时，先通过注水单元32向比色池31注入水处理系统1的出水，再通过试剂单元33向比色池31注入如与钙镁离子反应后由蓝变紫红的钙镁测试剂之类的检测试剂，然后，主控系统通过图像获取单元34获取反应后比色池31中的液体图像，并通过分析图像获取水处理系统1的出水硬度，再根据出水硬度判断是否需要进行反冲洗，并根据反冲洗后检测到的出水硬度来确定是否控制水处理系统1停止运作。
为提高反应效率，作为优选，所述检测系统3还包含搅拌器36，所述搅拌器36包含用于搅动比色池31内液体的搅动部361和用于驱动所述搅动部361运作的搅拌驱动部362。
为提高检测结果的准确性，一方面，所述注水单元32包含注水计量泵321，所述试剂单元33包含试剂计量泵331，由此，便于快捷精准地向比色池31定量注水或检测试剂；另一方面，所述检测系统3还包含去沫总成37，如图2，所述去沫总成37包含安装于所述比色池31的齿条371、滑动连接于所述比色池31的安装板372、以及分别连接于所述安装板372的筛网373和去沫驱动部374，所述去沫驱动部374的驱动端连接有齿轮375，所述齿轮375啮合于所述齿条371，所述去沫驱动部374驱动啮合于齿条371的齿轮375转动，进而带动连接有筛网373的安装板372相对比色池31移动，以便在图像获取单元34获取图像前筛去比色池31内的浮沫和杂质，避免浮沫和杂质影响图像效果进而影响检测结果。
本发明还提供一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，应用于如上所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，方法包括：
步骤S1，注水步骤：
通过注水单元32向比色池31注入水处理系统1的出水。
步骤S2，注剂步骤：
通过试剂单元33向比色池31注入检测试剂。
步骤S3，待检图像获取步骤：
通过图像获取单元34获取比色池31中反应后的液体的待检图像。
步骤S4，出水硬度获取步骤：
通过主控系统分析待检图像，以获得水处理系统1对应的出水硬度。
步骤S5，处理步骤：
当出水硬度合格时，保持水处理系统1正常运作，清洗并排空比色池31以待下一次出水硬度检测；当出水硬度不合格时，控制反冲洗系统2进行反冲洗，然后重复步骤S1～S4以获得反冲洗后的出水硬度，若反冲洗后的出水硬度合格，则保持水处理系统1正常运作，清洗并排空比色池31以待下一次出水硬度检测；若反冲洗后的出水硬度仍不合格，控制水处理系统1停止运作。
其中，在第一次进行步骤1之前，还有一个步骤S0，比色图像获取步骤：
依次向比色池31注入不同硬度的水，每次注水后都注入检测试剂，并通过图像获取单元34获取各硬度下的水与检测试剂反应后的比色图像并传输至主控系统。期间，作为优选，每次注入检测试剂和某一硬度的水以获取对应的比色图像后，清洗并排空所述比色池31，以待下一次注入检测试剂和另一硬度的水。本步骤S0用于获得颜色类别相同而亮度不同的各比色图像，各比色图像分别对应不同的水硬度。
所述步骤S4依赖步骤S0获得的比色图像进行，所述步骤S4具体包括：
通过主控系统分析待检图像的颜色，若颜色类别与比色图像的颜色类别不同，说明反应异常，输出颜色异常的结果信息并控制水处理系统1停止运作；若待检图像的颜色类别与比色图像的颜色类别相同，进一步获取待检图像的亮度，并从各比色图像中获取与该待检图像的亮度最接近的比色图像，作为测定图像，将测定图像对应的水硬度作为检测到的出水硬度。
本方法在步骤S2和S3之间还有步骤S6，促进步骤：
通过搅拌器36对比色池31内的液体进行搅拌，以提高反应效率；然后，通过去沫总成37筛去完成搅拌后的液体上的浮沫和杂质，避免浮沫和杂质对检测结果的影响。
为进一步避免残留的浮沫和杂质的影响，在获取待检图像和比色图像后，先对待检图像或比色图像进行预处理以待进一步分析处理，所述预处理包括对图像中的如浮沫和杂质等异常区域通过就近填充的方式进行覆盖。
为进一步提高检测结果的准确性，需要尽可能地控制变量，作为优选，所述步骤S1中的注水量与步骤S0中每次的注水量相同；所述步骤S2中注入比色池31的检测试剂的量和步骤S0中每次注入比色池31的检测试剂的量相同；所述步骤S0中，获取每个比色图像前，也均进行促进步骤。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (10)
1.一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，包含水处理系统（1）和反冲洗系统（2），其特征在于，还包含检测系统（3）和主控系统，所述检测系统（3）包含比色池（31）、用于向比色池（31）注入水处理系统（1）的出水的注水单元（32）、用于向比色池（31）注入检测试剂的试剂单元（33）、用于获取比色池（31）内液体的图像的图像获取单元（34），以及排水单元（35）；所述主控系统用于控制检测系统（3）运作以获取图像，通过图像获取出水硬度并根据出水硬度来控制水处理系统（1）和反冲洗系统（2）的工作状态。
2.根据权利要求1所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，其特征在于，所述注水单元（32）包含注水计量泵（321），所述试剂单元（33）包含试剂计量泵（331）。
3.根据权利要求1所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，其特征在于，所述检测系统（3）还包含搅拌器（36），所述搅拌器（36）包含用于搅动比色池（31）内液体的搅动部（361）和用于驱动所述搅动部（361）运作的搅拌驱动部（362）。
4.根据权利要求3所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置，其特征在于，所述检测系统（3）还包含去沫总成（37），所述去沫总成（37）包含安装于所述比色池（31）的齿条（371）、滑动连接于所述比色池（31）的安装板（372）、以及分别连接于所述安装板（372）的筛网（373）和去沫驱动部（374），所述去沫驱动部（374）的驱动端连接有齿轮（375），所述齿轮（375）啮合于所述齿条（371）。
5.一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，基于如权利要求1所述一种基于机器视觉检测水质的水处理装置实现，方法包括：
步骤S1，注水步骤：通过注水单元（32）向比色池（31）注入水处理系统（1）的出水；
步骤S2，注剂步骤：通过试剂单元（33）向比色池（31）注入检测试剂；
步骤S3，待检图像获取步骤：通过图像获取单元（34）获取比色池（31）中反应后的液体的待检图像；
步骤S4，出水硬度获取步骤：通过主控系统分析待检图像，以获得水处理系统（1）对应的出水硬度；
步骤S5，处理步骤：当出水硬度合格时，保持水处理系统（1）正常运作，清洗并排空比色池（31）以待下一次出水硬度检测；
当出水硬度不合格时，控制反冲洗系统（2）进行反冲洗，然后重复步骤S1～S4以获得反冲洗后的出水硬度，若反冲洗后的出水硬度合格，则保持水处理系统（1）正常运作，清洗并排空比色池（31）以待下一次出水硬度检测；若反冲洗后的出水硬度仍不合格，控制水处理系统（1）停止运作。
6.根据权利要求5所述一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，所述检测系统（3）还包含搅拌器（36）和去沫总成（37）；在步骤S2和S3之间还有步骤S6，促进步骤：通过搅拌器（36）对比色池（31）内的液体进行搅拌，然后通过去沫总成（37）筛去完成搅拌后的液体上的浮沫和杂质。
7.根据权利要求5所述一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括：
步骤S0，比色图像获取步骤：依次向比色池（31）注入不同硬度的水，每次注水后都注入检测试剂，并通过图像获取单元（34）获取各硬度下的水与检测试剂反应后的比色图像并传输至主控系统，各比色图像的颜色类别相同。
8.根据权利要求7所述一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
通过主控系统分析待检图像的颜色，若颜色类别与比色图像的颜色类别不同，输出颜色异常的结果信息并控制水处理系统（1）停止运作；若颜色类别与比色图像的颜色类别相同，进一步获取待检图像的亮度，并从各比色图像中获取与该待检图像的亮度最接近的比色图像，作为测定图像，将测定图像对应的水硬度作为检测到的出水硬度。
9.根据权利要求7所述一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，所述步骤S1中的注水量与步骤S0中每次的注水量相同；所述步骤S2中注入比色池（31）的检测试剂的量和步骤S0中每次注入比色池（31）的检测试剂的量相同。
10.根据权利要求7所述一种基于机器视觉检测水质的水处理方法，其特征在于，在获取待检图像和比色图像后，先对待检图像或比色图像进行预处理以待进一步分析处理，所述预处理包括对图像中的异常区域通过就近填充的方式覆盖。
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