CN204556511U - 一种雾霾天气能见度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种雾霾天气能见度测量装置，包括测量节点A、测量节点B和上位机，测量节点通过参照物图像获取模块获取雾霾天气下实时的参照物图像数据信息，并通过能见度计算模块将图像数据信息转换成雾霾天气能见度信息。测量节点B作为测量节点A的中继节点，测量节点A将参照物图像和能见度值通过测量节点B发送给上位机，同时测量节点B将参照物图像和能见度值发送给上位机，实现参照物图像和能见度值的远程感知与计算，突破单个测量节点的感知距离瓶颈，将雾霾能见度感知范围扩大。通过参照物图像和能见度值的实时感知，实现雾霾天气能见度提前预警预报。

Description

一种雾霾天气能见度测量装置

技术领域

本实用新型涉及雾霾天气能见度测量设备，尤其涉及基于图像处理技术的雾霾天气能见度采集装置。

背景技术

雾霾是发生在大气近地面层中的一种灾害天气。2010年以来，中国城市化进程的不断加快，中国的雾霾天气呈现频次高、持续时间长、污染强度大、影响范围广、有明显的日变化和地域分布等特征。雾霾天气发生时，大气能见度降低，对社会经济以及人民生活产生重要的影响，特别影响人们的交通出行，交通事故频发。随着人们生活质量的不断提高，人们对健康安全出行越来越重视，对交通安全的要求也越来越高。然而由于天气、交通线路和人的行为等因素的影响，使得交通事故频繁发生，因而对交通危险提前预警减少交通事故发生显得尤为重要，特别是在雾霾天气条件下，及时了解当前能见度情况、提前调整驾驶策略，对避免交通事故有重要的意义。为此，雾霾能见度的检测技术在道路交通、水上交通、航空安全领域越来越得到重视。由气象部门或者环保部门通过网站或者新闻媒介发布的雾霾能见度并不能准确反映具体地点的实时雾霾能见度，因此需要发明一种装置实时测量并告知交通工具的驾驶员当前位置的雾霾能见度。现有的雾霾能见度观测仪器包括：透射型测量仪器、散射型测量仪器和激光雷达测量仪器等等。透射型测量仪器基于测试光的透射系数进行能见度测量的仪器；散射型测量仪器通过测量微小粒子对光的散射作用进行能见度测量；激光雷达测量仪器通过探测大气激光回波信号的大小来确定后向散射的衰减大小，最终需反演得到消光系数和能见度。现有的这些能见度仪，基本上都是用于气象站或者环境监测站等固定场所，没有安装在交通工具附近。

发明内容

本实用新型的目的是，针对上述问题和不足，提供一种雾霾天气的能见度测量装置，支持多节点传输，最终把参照物图像和能见度值发送给上位机，实现远程感知；且基于参照物图像识别、成本低廉、安装维护简单。

本实用新型的技术方案如下：一种雾霾天气能见度测量装置，包括测量节点A、测量节点B和上位机；所述测量节点A包括第一雾霾能见度观测仪器和第一ZigBee通信模块，所述第一ZigBee通信模块用于将第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值传送给测量节点B；

所述测量节点B包括第二雾霾能见度观测仪器和第二ZigBee通信模块，所述第二ZigBee通信模块用于接受第一ZigBee通信模块传送过来的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值，并将接受到的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值以及第二雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值一起传送给上位机；

所述上位机包括上位机显示模块、第三ZigBee通信模块，以及ZigBee协议和Wi-Fi协议转换模块；所述第三ZigBee通信模块用于接受第二ZigBee通信模块传送过来的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值以及第二雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值，并将接受到的信号通过ZigBee协议和Wi-Fi协议转换模块转换发送至上位机显示模块显示。

进一步的，所述第一雾霾能见度观测仪器和第二雾霾能见度观测仪器均包括微处理器模块、参照物图像获取模块、显示模块、能见度计算模块、存储模块、调试设置模块，所述的参照物图像获取模块、调试设置模块连接到所述微处理器模块的输入端，所述显示模块、存储模块连接到所述微处理器模块的输出端，所述ZigBee通信模块、能见度计算模块同时连接到所述微处理器模块的输入端和输出端。

进一步的，所述显示模块由TFT-LCD显示屏组成，显示屏操作主界面包括设置ZigBee通信模块按钮、显示参照物图像信息按钮、存储参照物图像数据按钮、退出系统操作按钮。

进一步的，所述参照物图像获取模块采用的是OV9650摄像头。

本实用新型具有如下有益效果：

1、测量节点通过参照物图像获取模块获取雾霾天气下实时的参照物图像数据信息，并通过能见度计算模块将图像数据信息转换成雾霾天气能见度信息。

2、测量节点B作为测量节点A的中继节点，测量节点A将参照物图像和能见度值通过测量节点B发送给上位机，同时测量节点B将参照物图像和能见度值发送给上位机，实现参照物图像和能见度值的远程感知与计算，突破单个测量节点的通信距离瓶颈，将雾霾能见度感知范围扩大。

3、通过参照物图像和能见度值的实时感知，实现雾霾天气能见度提前预警预报。

附图说明

图1为一种雾霾天气的能见度测量装置的模块结构示意图；

图2为微处理器和其他各个模块的芯片连接示意图；

图3为显示模块的操作主界面示意图；

图4为设置ZigBee通信模块界面示意图。

其中，1、微处理器模块；2、参照物图像获取模块；3、显示模块；4、能见度计算模块；5、ZigBee通信模块；6、存储模块；7、调试设置模块；8、设置ZigBee通信模块按钮；9、显示参照物图像信息按钮；10、存储参照物图像数据按钮；11、退出系统操作按钮；12、重置按钮；13、取消按钮；14、完成按钮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本系统是雾霾天气的能见度测量装置，包括微处理器模块、参照物图像获取模块、显示模块、能见度计算模块、ZigBee通信模块、存储模块、调试设置模块。所述的参照物图像获取模块、调试设置模块连接到所述微处理器模块的输入端，所述显示模块、存储模块连接到所述微处理器模块的输出端，所述ZigBee通信模块、能见度计算模块同时连接到所述微处理器模块的输入端和输出端。

微处理器模块由微处理器、晶振和复位电路构成，微处理器可以采用ARM11系列微处理器。参照物图像获取模块采用的是OV9650摄像头。OV9650图像采集装置是具有130W像素的CMOS摄像头，分辨率为1280*1024。微处理器模块与参照物图像获取模块之间通过I2C总线通信方式进行寄存器的配置。可根据具体情况配置需要配置的寄存器，不需要配置的寄存器保持缺省值。每一个像素点的24位数据，需要3个时钟信号发送3次数据才能完成。微处理器模块在内存里分配一块内存用来存储摄像头采集的参照物图像数据。显示模块的每一个像素点的数据格式是24位RGB格式。显示模块支持触摸方式，是四线触摸屏，包含两个阻性层，其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的上下边缘各有一条水平总线。存储模块是采用SD卡或MMC卡存储介质，存储模块上电后，需要足够长的时间进行准备，本系统在程序中设置的时间是6秒。储存卡初始化第一步在发送CMD命令之前，在片选有效的情况下首先要延时至少74个时钟，否则将有可能出现存储卡不能初始化的问题,然后拉低CS片选端，选中存储卡。对存储卡是SD2.0、SD1.0、MMC进行判断，若储存卡返回应答信号，则判断成功，然后进行初始化。否则，初始化失败。ZgiBee通信模块使用的ZigBee芯片是TI公司生产的CC2530，ZigBee通信模块中有数据缓存区，接收的数据首先存入数据缓存区，并将DATAINT引脚拉低，告知微处理器，数据缓存区中有数据待读取，从而让微处理器及时读取通信模块的数据缓存区数据，防止数据缓存区数据溢出丢失。能见度计算模块采用ALTERA公司的CYCLONE II系类的FPGA。能见度计算模块接收到微处理器通过数据总线发送过来的参照物图像数据信息，经过图像识别算法得到能见度值，最后将能见度信息值发送给微处理器。调试设置模块是一个USB接口，方便使用者外接鼠标、键盘等输入工具。

如图2所示，是微处理器和其他各个模块芯片的连接示意图。微处理器选用ARM11系列的微处理器，外接晶振、复位和电源构成微处理器模块。参照物图像获取模块的数据总线端口DATA0-DATA7与微处理器的GPF5-GPF12引脚相连，时钟信号CLK与微处理器的GPB6引脚相连，SCL与SDA分别与微处理器的GPF0和GPB5相连。显示模块的数据端口DATA0-DATA23与微处理器的GPI0-GPI23引脚相连，时钟信号CLK与微处理器的GPJ2引脚相连，片选端CS与微处理器的GPJ8引脚相连，显示模块的TSXM、TSYM、TSXP、TSYP四个引脚分别和微处理器的DAC_IN4T-DAC_INT7引脚相连。存储模块的CLK、MISO、MOSI、CS引脚分别和微处理器的GPG0、GPG1、GPG2、GPG3引脚相连。ZigBee通信模块的CLK、MISO、MOSI引脚分别和微处理器的GPH1、GPH2、GPH3引脚相连，DATAINT数据中断端口和CS片选端口分别和微处理器的GPH0、GPH4引脚相连。能见度计算模块的DATA0-DATA16与微处理器的GPE0-GPE15引脚相连，时钟CLK引脚与GPE16引脚相连。调试模块的USBDP、USBDN分别和微处理器的P22和N22引脚相连。

如图3所示，是显示模块操作主界面示意图。在显示模块上设计了一个主操作界面，包括按钮8“设置ZigBee通信模块”、按钮9“显示参照物图像信息”、按钮10“存储参照物图像数据”、按钮11“退出系统操作”。点击按钮8，显示模块跳转到设置ZigBee通信模块界面，如图4；点击按钮9，显示模块显示当前参照物图像信息；点击按钮10，微处理器将当前参照物图像信息保存到存储模块，并命名为当前时间，如“2014_08_03_12_05_36”；点击按钮11，关闭显示模块，当再次发生点触时显示模块唤醒。

如图4所示，是设置ZigBee通信模块界面示意图。分别在网络标识符、网络地址、物理地址对应输入框内输入正确的配置信息，点击按钮14完成配置并返回到主操作界面。如果在输入过程中出现错误，点击按钮12便可以重置输入框。如果点击按钮13，则直接退出设置ZigBee通信模块界面并返回到主操作界面。

本实用新型的工作过程如下：

当系统电源打开后，测量节点的微处理器模块上电自检。微处理器自检通过后，依次初始化显示模块、参照物图像获取模块、ZigBee通信模块、存储模块。

首先，微处理器模块初始化显示模块，通过数据总线端口对显示模块需要修改的寄存器的值进行配置，没有修改的寄存器显示模块会设置成缺省值，然后，微处理器会将上一次设置ZigBee通信模块并且保存在微处理器模块的EEPROM中的配置信息读取出来并用来配置ZigBee通信模块。如果是第一次使用，使用者首先需要输入ZigBee通信模块的配置信息，完成ZigBee通信模块的初步配置。ZigBee通信模块A要设置成ZigBee终端节点，ZigBee通信模块B设置成ZigBee路由节点。最后，ZigBee通信模块C设置成ZigBee协调节点，并作为整个ZigBee网络的协调器。

ZigBee通信模块设置成功后，测量节点的微处理器模块，在内存中分配一块内存区作为图像数据读取缓存区，然后微处理器模块通过I2C协议将参照物图像获取模块的寄存器按照系统设定的值进行初始化，没有设定的寄存器的值参照物图像获取模块会设置成缺省值。最后，微处理器初始化存储模块，识别存储介质，完成系统初始化。

测量节点A微处理器模块A，从参照物图像获取模块A获取参照标志物图像信息，微处理器模块存放在初始化过程中分配好的缓存区中，然后将缓存区中的数据存储到存储模块A。然后，微处理器模块A将参照物图像数据信息发送给能见度计算模块A，能见度计算A模块通过图像识别算法，从而得到能见度值，并将能见度值发送给微处理器模块A。最后微处理器模块A将参照物图像数据和能见度值通过ZigBee通信模块A发送给测量节点B的ZigBee通信模块B。

测量节点B的ZigBee通信模块B接收到ZigBee通信模块A发送过来的数据后，ZigBee通信模块B会将数据保存在数据缓存区中，并且将DATAINT引脚置低，微处理器模块B检测到GPH0引脚的电平跳变，将会得知ZigBee通信模块B接收缓存区中有数据待接收，微处理器将会响应中断，及时读取数据缓存区中的的数据，防止数据丢失。微处理器模块B将接收到的参照物图像数据保存到存储模块B，然后将从参照物图像获取模块B获取的参照物图像信息发送给能见度计算模块B，从而得到能见度信息值。最后，微处理器模块B将测量节点A和测量节点B的参照物图像数据和能见度值一起发送至ZigBee通信模块C。

ZigBee通信模块C接收到ZigBee通信模块B的数据后，发送给ZigBee协议和Wi-Fi协议转换模块，ZigBee协议与Wi-Fi协议转换模块再通过Wi-Fi网络发送给上位机显示模块。上位机显示模块可以实现实时显示参照物图像信息和能见度值。

Claims (4)

1.一种雾霾天气能见度测量装置，其特征在于：包括测量节点A、测量节点B和上位机；所述测量节点A包括第一雾霾能见度观测仪器和第一ZigBee通信模块，所述第一ZigBee通信模块用于将第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值传送给测量节点B；

所述测量节点B包括第二雾霾能见度观测仪器和第二ZigBee通信模块，所述第二ZigBee通信模块用于接受第一ZigBee通信模块传送过来的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值，并将接受到的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值以及第二雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值一起传送给上位机；

所述上位机包括上位机显示模块、第三ZigBee通信模块，以及ZigBee协议和Wi-Fi协议转换模块；所述第三ZigBee通信模块用于接受第二ZigBee通信模块传送过来的第一雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值以及第二雾霾能见度观测仪器测量得到的参照物图像和能见度值，并将接受到的信号通过ZigBee协议和Wi-Fi协议转换模块转换发送至上位机显示模块显示。

2.根据权利要求1所述的一种雾霾天气能见度测量装置，其特征在于：所述第一雾霾能见度观测仪器和第二雾霾能见度观测仪器均包括微处理器模块、参照物图像获取模块、显示模块、能见度计算模块、存储模块、调试设置模块，所述的参照物图像获取模块、调试设置模块连接到所述微处理器模块的输入端，所述显示模块、存储模块连接到所述微处理器模块的输出端，所述ZigBee通信模块、能见度计算模块同时连接到所述微处理器模块的输入端和输出端。

3.根据权利要求2所述的一种雾霾天气能见度测量装置，其特征在于：所述显示模块由TFT-LCD显示屏组成，显示屏操作主界面包括设置ZigBee通信模块按钮、显示参照物图像信息按钮、存储参照物图像数据按钮、退出系统操作按钮。

4.根据权利要求2所述的一种雾霾天气能见度测量装置，其特征在于：所述参照物图像获取模块采用的是OV9650摄像头。