一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，包括图像传感器、模数转换模块、FPGA、数模转换模块、显示屏、SRAM储存模块和供电模块，所述供电模块包括：依次连接的电源、降压单元I、充电管理单元、保护单元、蓄电池，以及分别与蓄电池连接的降压单元II和升压单元。本实用新型专利技术能够自动获得水尺图像并传输至显示屏中进行显示，并提供了安全可靠的供电方式，设计合理，结构简单，测量方便，工作稳定可靠，提高水情遥测的自动化程度。由于代替人工进行水尺水位判读，本实用新型专利技术提高了水位观测的及时性和自动化程度，提高水位监测的工作效率。

A Real-time Water Scale Image Extraction Device Based on FPGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置
本技术属于水利水文设备
，涉及一种基于FPGA技术的实时水尺图像提取装置。
技术介绍
每年在进入到汛期后，各个地区的降雨就会持续增加，这给中小河流的防洪会造成比较大的压力，很有可能出现溃堤、漫堤的危险，也在很大程度上威胁到了河流两岸生活群众的生命和财产安全。河流水位提取对于河流水位监测和洪流等自然灾害的监测与评估具有不可替代的重要性。随着数字化、智能化的日益发展，应用计算机和图像处理技术自动化、智能化提取河流水位是势在必行的防洪措施。在新的历史条件下，自动化智能化河流的防洪措施已经被各级政府和社会各界所关注的热点话题，也是沿河群众日日夜夜期待的好事。通过安装水尺进行河流水位测量，具有读数稳、费用低、寿命长等优点，由于需要人工读数，受环境因素和人为因素的影响较大。尤其在环境恶劣的条件下，不但观测不便，而且水位监测实时性和观测人员的人身安全得不到保证。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术公开了一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，为满足其自动实时性，还设计了可靠的供电结构。为了达到以上目的，本技术提供如下技术方案：一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，包括图像传感器、模数转换模块、FPGA、数模转换模块、显示屏、SRAM储存模块和供电模块，SRAM储存模块和供电模块分别与FPGA连接，所述图像传感器用于获取水尺图像并传输至模数转换模块，所述模数转换模块用于将图像传感器采集到的模拟图像数据转换成数字图像数据后传输至FPGA，所述FPGA将数据传输至数模转换模块，所述数模转换芯片用于将FPGA输出的数字信号转换成模拟信号，并最终输出至显示屏，FPGA将数据发送至SRAM储存模块中存储，供电模块为本装置供电；所述供电模块包括：依次连接的电源、降压单元I、充电管理单元、保护单元、蓄电池，以及分别与蓄电池连接的降压单元II和升压单元，所述降压单元I用于降低直接接入蓄电池的电压值，所述充电管理单元用于对锂电池进行充电管理，所述保护单元用于在蓄电池电压高于充电最高门限电压值时停止充电，降压单元II用于降低从蓄电池输出的电压，升压单元用于升高从蓄电池输出的电压。进一步的，所述FPGA还包括相互并联的I2C总线设置接口模块、SRAM控制模块和显示控制模块，所述I2C总线设置接口模块用于控制总线上的设备，SRAM控制模块用于控制SRAM储存模块，显示控制模块用于与显示屏连接。进一步的，所述电源包括太阳能板、直流电源、移动电源中的至少一种。进一步的，所述蓄电池采用锂电池。进一步的，还包括与FPGA连接的照明装置，照明装置照射方向朝向水尺。进一步的，还包括与FPGA连接的光强传感器。进一步的，还包括伸缩杆，支撑杆由电机驱动，照明装置设置在支撑杆顶端。进一步的，所述电机与FPGA连接。与现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：1.本技术能够自动获得水尺图像并传输至显示屏中进行显示，并提供了安全可靠的供电方式，设计合理，结构简单，测量方便，工作稳定可靠，提高水情遥测的自动化程度。2.由于代替人工进行水尺水位判读，本技术提高了水位观测的及时性和自动化程度，提高水位监测的工作效率。3.采用FPGA作为主控系统，很好地利用FPGA的并行性和灵活性，也为未来接入更多传感采集设备奠定了基础。附图说明图1为实施例一提供的基于FPGA的实时水尺图像提取装置整体结构框图。图2为供电模块结构框图。图3为实施例二提供的基于FPGA的实时水尺图像提取装置整体结构框图。图4为实施例二中中伸缩杆、照明装置、伸缩杆、电机位置示意图。附图标记说明：1-照明装置，2-水尺，3-伸缩杆，4-电机。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。实施例一：如图1所示，本技术提供的一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，包括图像传感器、模数转换模块、FPGA、数模转换模块、显示屏、SRAM储存模块和供电模块。图像传感器与模数转换模块连接，模数转换模块与FPGA连接，FPGA与数模转换模块连接，数模转换模块与显示屏连接。图像传感器型号为MT9M011，用于获取水尺图像，并传输至模数转换模块，低成本、低功耗。模数转换模块采用ADV7180作为转换芯片，用于将图像传感器采集到的连续的模拟图像数据转换成8位的数字图像数据后传输至FPGA。作为优选，FPGA可对图像进行预处理，预处理过程所涉及的程序等均为领域内常用的公开现有技术，无需对软件做额外改进。FPGA将数据传输至数模转换模块，数模转换芯片采用ADV7123，芯片电源范围宽，使用方便，能够将FPGA传出的数字信号转换成模拟信号，并最终输出至显示屏。SRAM储存模块为外接模块直接与FPGA连接进行数据的交换。FPGA采用蓄电池直接供电，本技术为蓄电池提供了多种充电方式以及安全可靠的充电供电电路。供电模块包括依次连接的电源、降压单元I、充电管理单元、保护单元、蓄电池，以及分别与蓄电池连接的降压单元II和升压单元。其中电源包括太阳能板、直流电源、移动电源中的一种或多种，降压单元I降低直接接入蓄电池的电压值，可采用GS3406降压芯片。充电管理单元采用芯片LTC4054，该芯片可以通过外围电路可以对锂电池进行有效的充电管理。保护单元采用FDFMA2P853芯片实现，在蓄电池电压高于充电最高门限电压值时停止充电。蓄电池可采用锂电池，使用锂离子作为载流子，具有3.7V到4.IV之间的操作电压，蓄电池可以通过降压单元II(优选采用GS3406降压芯片)提供稳定的3.3V电压和升压单元(优选采用ME2108A50PG升压芯片)提供5V工作电压，以便为各种电子元器件提供合适的电压。具体的说，FPGA还包括：I2C总线设置接口模块，SRAM控制模块和显示控制模块，它们均通过并联的连接方式连接；使用并联的方式能实现模块之间互不干涉的作用。SRAM控制模块采用型号为IS42S16400的高速芯片，用于控制片外SRAM存储器，能够保证图像数据处理显示的连贯性，片外SRAM存储器用于存储一帧的图像数据。完成图像数据的输入缓存和输出缓存。I2C总线设置接口模块包括一个用于对总线上的设备进行控制的时序控制器，为常规硬件电路。显示控制模块优选采用VGA接口，用于与显示屏连接。本例中，显示屏设置在提取现场，根据需要，也可以将显示屏和数模转换模块设置在远端数据中心，采用无线通讯模块分别与显示屏和FPGA连接，FPGA将数据传输至提取现场无线通讯模块，再由提取现场无线通讯模块将数据传输至远端无线通讯模块，远端无线通讯模块将数据输出至数模转换模块进行转换后，最终在显示屏上输出。无线通讯模块优选采用A7130芯片。使用本基于FPGA的实时水尺图像提取装置时，图像传感器采集的图像通过模数转换后，输出至FPGA中，FPGA将数据发送至SRAM储存模块中存储，并将图像数据输出至数模转换模块，经过转换后最终在显示屏中输出。实施例二：考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，其特征在于：包括图像传感器、模数转换模块、FPGA、数模转换模块、显示屏、SRAM储存模块和供电模块，SRAM储存模块和供电模块分别与FPGA连接，所述图像传感器用于获取水尺图像并传输至模数转换模块，所述模数转换模块用于将图像传感器采集到的模拟图像数据转换成数字图像数据后传输至FPGA，所述FPGA将数据传输至数模转换模块，所述数模转换芯片用于将FPGA输出的数字信号转换成模拟信号，并最终输出至显示屏，FPGA将数据发送至SRAM储存模块中存储，供电模块为本装置供电；所述供电模块包括：依次连接的电源、降压单元I、充电管理单元、保护单元、蓄电池，以及分别与蓄电池连接的降压单元II和升压单元，所述降压单元I用于降低直接接入蓄电池的电压值，所述充电管理单元用于对锂电池进行充电管理，所述保护单元用于在蓄电池电压高于充电最高门限电压值时停止充电，降压单元II用于降低从蓄电池输出的电压，升压单元用于升高从蓄电池输出的电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的实时水尺图像提取装置，其特征在于：包括图像传感器、模数转换模块、FPGA、数模转换模块、显示屏、SRAM储存模块和供电模块，SRAM储存模块和供电模块分别与FPGA连接，所述图像传感器用于获取水尺图像并传输至模数转换模块，所述模数转换模块用于将图像传感器采集到的模拟图像数据转换成数字图像数据后传输至FPGA，所述FPGA将数据传输至数模转换模块，所述数模转换芯片用于将FPGA输出的数字信号转换成模拟信号，并最终输出至显示屏，FPGA将数据发送至SRAM储存模块中存储，供电模块为本装置供电；所述供电模块包括：依次连接的电源、降压单元I、充电管理单元、保护单元、蓄电池，以及分别与蓄电池连接的降压单元II和升压单元，所述降压单元I用于降低直接接入蓄电池的电压值，所述充电管理单元用于对锂电池进行充电管理，所述保护单元用于在蓄电池电压高于充电最高门限电压值时停止充电，降压单元II用于降低从蓄电池输出的电压，升压单元用于升高从蓄电池输出的电压。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的实时水尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇海祥，胡春杰，陈翠，牛智星，刘伟，阮聪，崔松云，王丰华，李代华，李承，杨溯，张培臣，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32