具有数字图像识别的电器安全检测嵌入式系统
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摘要
本文基于一套多功能智能电器安全测试仪，在低压启动，功率测量两个方面在原有的基础上重新设计了硬件，不但精简了原来的硬件电路，而且提高了电路的稳定性。重新设计了软件，使其电压，电流，和功率的测量精度都不超过千分之二的量度标准，还对整个系统作了联锁保护的设计，并且做出了样机。整个系统的上位机采用ATMEL公司的MEG128芯片为主处理芯片，下位机采用MEG8芯片为主处理芯片。由于低压启动和功率测量两功能模块是单独设计出来的，要与其它四功能仪器组合在一起，因此，我们整个电器安全测试系统在硬件和软件上都建立了平台，便于组合，这样也便于后续更多功能的扩充。但是如果有不同类型的系统也要增加到本系统中的话，就需要重新设计软硬件，工作量很大，还容易产生不兼容等问题，针对这种情况，本文设计了一套数字识别的电器安全测试嵌入式系统，可以面向多台仪器装置，不采用电气的连接，即是不改变原来的仪器装置，通过电压耦合元件摄像头和视频捕获卡从测量仪器的显示屏幕获取测试信息，再把信息传送到原来系统，从而组成了一个新的系统。这样做也可使那些没有标准接口或者是互不兼容的测试仪能组成一个系统。
在对功率测量和低压启动两个功能模块设计时，针对原有的测量方案，本文采用了以CS5460功率芯片为主芯片的测量方案，提出一种新的数据采样方法，在硬件设计上，以提高精度为目的同时还精简了原硬件电路；，对功率，电压，电流进行准确而快速的测量，通过重新设计提高了其测量的精度和实时性。
本文在对得到的数字图像进行处理和识别的算法是关键的部分，由于工作环境的光线强弱不同，和噪声等等因素，采集到了图像不规范，要在对其进行处理之后才能实现准确的识别，本文对处理和识别的步骤为：滤波，增强，分割，等处理之后再对图像用特征匹配的算法识别而得到准确的信息。最后讨论了对缺笔画的数字校正识别。
Based on a set of multi-function intelligent security appliance, this text redesigned the hardware and software on the part of Low voltage startup and Power testing ,not only condensed old hardware circuit but enhanced the stabilization of the hardware circuit, and made the testing precision of voltage, current and power no more than 2%o measure, designed interlock protect of the whole system, and finished the experimental appliance. The main processor was MEG128 made by ATMEL and sub-processor was MEG8 of ATMEL. Due to the sole-designed of the Low voltage startup and Power testing, for combined with the other four modules, we built the hardware and software flats, it was also convenient for continued extension. But, if there was different system wanted to combined in this system, we must redesigned all the hardware and software, it was a very hard work and could bring incompatibility. For this instance, the text designed a suit of number discriminating embedding system. The system faced to different applian
ce. The combination was not electric connection, namely, it got testing signal from display screen by CCD camera and Ezcapture image capturing card, then carrying the signal to old system. So it was a new system and keeping old system untouched. It also was convenient for the appliances that had not standard interface or was incompatibility to buildup a new system fast.
The text used CS5460 chip as main chip of measurement scheme, found a new date sampling way. When designed the hardware, we improved measure precision at the same time reduced hardware circuit. When designed software, we used MEG8 as process chip, measure the power, voltage and current fast and exactly. So we advanced the precision and real time characteristic of measurement.
The pivotal part of this text was the process and identification of numeral image. The image we got was not standard caused by beam condition and yawn and so on, we must process them before identified. The process of image treatment is as follow: filter, enhance, making binary image by adaptive threshold and so on. We used the arithmetic of character-suit to get exact image signal. At last we had discussed revised identification about lack-strokes numeral image.
在对功率测量和低压启动两个功能模块设计时，针对原有的测量方案，本文采用了以CS5460功率芯片为主芯片的测量方案，提出一种新的数据采样方法，在硬件设计上，以提高精度为目的同时还精简了原硬件电路；，对功率，电压，电流进行准确而快速的测量，通过重新设计提高了其测量的精度和实时性。
本文在对得到的数字图像进行处理和识别的算法是关键的部分，由于工作环境的光线强弱不同，和噪声等等因素，采集到了图像不规范，要在对其进行处理之后才能实现准确的识别，本文对处理和识别的步骤为：滤波，增强，分割，等处理之后再对图像用特征匹配的算法识别而得到准确的信息。最后讨论了对缺笔画的数字校正识别。
Based on a set of multi-function intelligent security appliance, this text redesigned the hardware and software on the part of Low voltage startup and Power testing ,not only condensed old hardware circuit but enhanced the stabilization of the hardware circuit, and made the testing precision of voltage, current and power no more than 2%o measure, designed interlock protect of the whole system, and finished the experimental appliance. The main processor was MEG128 made by ATMEL and sub-processor was MEG8 of ATMEL. Due to the sole-designed of the Low voltage startup and Power testing, for combined with the other four modules, we built the hardware and software flats, it was also convenient for continued extension. But, if there was different system wanted to combined in this system, we must redesigned all the hardware and software, it was a very hard work and could bring incompatibility. For this instance, the text designed a suit of number discriminating embedding system. The system faced to different applian
ce. The combination was not electric connection, namely, it got testing signal from display screen by CCD camera and Ezcapture image capturing card, then carrying the signal to old system. So it was a new system and keeping old system untouched. It also was convenient for the appliances that had not standard interface or was incompatibility to buildup a new system fast.
The text used CS5460 chip as main chip of measurement scheme, found a new date sampling way. When designed the hardware, we improved measure precision at the same time reduced hardware circuit. When designed software, we used MEG8 as process chip, measure the power, voltage and current fast and exactly. So we advanced the precision and real time characteristic of measurement.
The pivotal part of this text was the process and identification of numeral image. The image we got was not standard caused by beam condition and yawn and so on, we must process them before identified. The process of image treatment is as follow: filter, enhance, making binary image by adaptive threshold and so on. We used the arithmetic of character-suit to get exact image signal. At last we had discussed revised identification about lack-strokes numeral image.
引文
1．周海波 王学伟 电功率采样测量技术及其发展概况 电测与仪表 2002
2．赵志伟 周欣 基于单片机的非正弦波平均功率的测量 电子工程师 2002
3．梁志国 朱济杰 一种电能及功率的精确评价方法 华北工学院测试技术学报 2002
4．仲良之 新一代的计率计和功率分析仪 电子测试 2001
5．朱志刚 石定机 数字图像处理 第三版 电子工业出版社 2003
6．刘榴娣 刘明齐 党长民 实用数字图像处理 北京理工大学出版社 第一版 1998
7．吴健康 图像处理与分析 北京：人民邮电出版社 1992
8．杨威 张田文 师海峰 一种用于二值图像分割的快速聚类算法 计算机研究与发展 Vol，35．No，8．1998．8
9．李介谷 施鹏飞 刘重庆等 图像处理技术 上海：上海交通大学出版社、
10．尹平 王润生 基于边缘信息的分开合并图像分割方法 中国图像图形学报 1998。V3(6)：450-453
11．赵君 伊林庆 基于特征提取的图像处理与识别研究 仪表技术与传感器 2001
12．徐长胜 自适应滤波和边缘检测技术研究在口腔医学中的应用 清华大学博士学位论文 1996
13．尹平 王润生 多尺度边缘检测技术的分类及比较 计算机工程与科学 1998 V20(1)：16-21
14．朱曼现 孙志锋 一种基于神经网络的数字识别方法 计算机工程与应用 2001
15．杨颖 杨磊 自由手写体数字表格自动识别系统 计算机工程与应用 2002
16. Wes Haywardand Bob Larkin Simple RF-Power Measurement QST.-2001.85(6).-38-43
17. Jorgen Stenarson, Klas Yhland An In-Circuit Noncontacting Measurement Method for S-Parameters and Power in Planar Circuits IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques/the Institute of Electrical and Electronics Engineers.-2001.49( 12).-2567-2572
18. N. Lavaire, J. Merlin Scripta materialia. Study of ageing in strained ultra and extra low carbon steels by thermoelectric power measurement -2001.44(4).-553-559
19. Tom Lecklider The Sharp End of RF Power Measurement EE: Evaluation Engineering.-2001.40(2).-26-37
20. Hiroyuki Arai, Tomohiro Urakawa, Manabu Teraaishi Radiation power measurement method of hand-held terminals using compact shield box Electronics & Communications in Japan, Part Ⅰ:Communications(English translation of Denshi Tsushin Gakkai Ronbunshi).-2000.83 (8).-85-93
21. X. Li, T. R. Scott, C. L. Cromer, D. Keenan, F. Brandt and K. Mostl Power measurement standards for high-power lasers: comparison between the NIST and the PTB Metrologia.-2000.37(5).-445-447
22. THOMAS D. RADCLIFF, DON W. MILLER CONSTANT-TEMPERATURE CALORIMETRY FOR IN-CORE POWER MEASUREMENT Nuclear technology.-2000.132(2).-240-255
23. Jian Qiu Zhang; Ovaska, An adaptive window function method for power measurement S.J IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement/The Institute of Electrical and
Electronics Engineers.-2000.49(6).-1194 -1200
24. Weon-Ki Yoon; Devaney, M.J.Reactive power measurement using the wavelet transform IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement/The Institute of Electrical and Electronics Engineers.-2000.49(2).-246 -252
25. L. G. Durante and P. K. Ghosh Active Power Measurement in Nonsinusoidal Environments IEEE Transactions on Power Systems.-2000.15(3).-1142-1147
26. Thomas P.; Barner, Kenneth E Automatic visual to tactile translation-Part Ⅰ: human factors, access methods, and image manipulation Way, IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering.- 1997.5(1).-81-94
27. Montiel, M.E.; Aguado, A.S.; Garza-Jinich, M.A.; Alarcon, J. Image manipulation using M-filters in a pyramidal computer model IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence.-1995.17(11).-1110-1115
28. Biao Chen and Shahram Latifi Astronomical image manipulation in the discrete wavelet transform domain Journal of Electronic Imaging.-2001.9(2).-101-109
29．何文龙 泰克公司的示波器自动化功率测量软件 电子质量 2002
30．黄文华 刘静月 新型高功率微波探测器 强激光与粒子束 2002
31．张旭俊 张春强 非正弦波形下功率测量技术的探讨 电力自动化设备 2002
32．杨波 王燕 测量介质阻档放电功率的一种新方法 大连海事大学学报 2002
33．原春晖 张国良 声强法声功率测量的工程应用研究 电声技术 2002
34．王学伟 白杨 时分割电功率测量技术发展概况 哈尔滨理工大学学报 2002
35．谢洪森 一种便携式智能中波功率计 电工技术杂志 2002
36．胡晓鹏 浅析微波脉冲峰值功率测量 计量与测试技术 2001
37．范福玲 魏平俊 对称三相电路中的谐波及其对测量有功功率的影响 周口师范高等专科学校学报 2001
38．栾宁 电机输出功率计算方法 风机技术 2001
39．朱毅 互感器误差对功率测量的影响 电世界 2001
40．梁志国 朱济杰 一种电能及功率的精确评价方法 华北工学院测试技术学报 2001
41．唐宗熙 李恩 一种测量微波功率放大器件输出端反射系数的新方法 计量学报 2001
42．闭大昌 发射机输出功率测量误差修正方法 广播与电视技术 2001
43．杰雄 现代通信系统的功率测量问题 通信与电子测试 2001
44．万罡 赵向平 波形畸变系统中的功率测量 湖北电力 2001
45．王学伟 曹岩辉 一种音频功率测量的新方法 电机与控制学报 2000
46．宋雷鸣 张新华 狭小空间条件下的声功率测量 铁道机车车辆 2000
47．李柱峰 徐秀平 基于霍尔效应测量功率的方法 物理实验 2000
48．杨慧 刘幼华 应用神经网络的手写体数字识别算法研究 中国民航学院学报 2002
49．张秀玲 李海滨 一种基于RBF神经网络的数字模式识别方法 仪器仪表学报 2002
50．张秀玲 基于RBF神经网络的数字模式识别方法 模式识别与人工智能 2001
51．罗泽 车文刚 用限制模板和映射变换对手写数字识别进行预处理 昆明理工大学学报 2001
52．顾洋 王庆林 基于Wiener滤波，K—L变换和BP网络的数字识别 北京理工大学学报
2002
53．殷瑞祥 李国华 身份证号码的自动识别系统 华南理工大学学报：自然科学版 2002
54．张睿 丁晓青 基于正交混合Gauss模型的脱机手写数字识别 清华大学学报：自然科学版 2002
55．严义 包健 一种实用视觉识别的仪表自动检定系统 仪表技术与传感器 2002
56．黄诏 关于远程自动抄表的研究 企业天地 2002
57．马驷良 马洪波 数字图像的一种快速细化方法 吉林大学自然科学学报 2002
58．盛积德 常胜江 用于手写体数字识别的视觉与神经网络混合算法 光电子激光 2002
2．赵志伟 周欣 基于单片机的非正弦波平均功率的测量 电子工程师 2002
3．梁志国 朱济杰 一种电能及功率的精确评价方法 华北工学院测试技术学报 2002
4．仲良之 新一代的计率计和功率分析仪 电子测试 2001
5．朱志刚 石定机 数字图像处理 第三版 电子工业出版社 2003
6．刘榴娣 刘明齐 党长民 实用数字图像处理 北京理工大学出版社 第一版 1998
7．吴健康 图像处理与分析 北京：人民邮电出版社 1992
8．杨威 张田文 师海峰 一种用于二值图像分割的快速聚类算法 计算机研究与发展 Vol，35．No，8．1998．8
9．李介谷 施鹏飞 刘重庆等 图像处理技术 上海：上海交通大学出版社、
10．尹平 王润生 基于边缘信息的分开合并图像分割方法 中国图像图形学报 1998。V3(6)：450-453
11．赵君 伊林庆 基于特征提取的图像处理与识别研究 仪表技术与传感器 2001
12．徐长胜 自适应滤波和边缘检测技术研究在口腔医学中的应用 清华大学博士学位论文 1996
13．尹平 王润生 多尺度边缘检测技术的分类及比较 计算机工程与科学 1998 V20(1)：16-21
14．朱曼现 孙志锋 一种基于神经网络的数字识别方法 计算机工程与应用 2001
15．杨颖 杨磊 自由手写体数字表格自动识别系统 计算机工程与应用 2002
16. Wes Haywardand Bob Larkin Simple RF-Power Measurement QST.-2001.85(6).-38-43
17. Jorgen Stenarson, Klas Yhland An In-Circuit Noncontacting Measurement Method for S-Parameters and Power in Planar Circuits IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques/the Institute of Electrical and Electronics Engineers.-2001.49( 12).-2567-2572
18. N. Lavaire, J. Merlin Scripta materialia. Study of ageing in strained ultra and extra low carbon steels by thermoelectric power measurement -2001.44(4).-553-559
19. Tom Lecklider The Sharp End of RF Power Measurement EE: Evaluation Engineering.-2001.40(2).-26-37
20. Hiroyuki Arai, Tomohiro Urakawa, Manabu Teraaishi Radiation power measurement method of hand-held terminals using compact shield box Electronics & Communications in Japan, Part Ⅰ:Communications(English translation of Denshi Tsushin Gakkai Ronbunshi).-2000.83 (8).-85-93
21. X. Li, T. R. Scott, C. L. Cromer, D. Keenan, F. Brandt and K. Mostl Power measurement standards for high-power lasers: comparison between the NIST and the PTB Metrologia.-2000.37(5).-445-447
22. THOMAS D. RADCLIFF, DON W. MILLER CONSTANT-TEMPERATURE CALORIMETRY FOR IN-CORE POWER MEASUREMENT Nuclear technology.-2000.132(2).-240-255
23. Jian Qiu Zhang; Ovaska, An adaptive window function method for power measurement S.J IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement/The Institute of Electrical and
Electronics Engineers.-2000.49(6).-1194 -1200
24. Weon-Ki Yoon; Devaney, M.J.Reactive power measurement using the wavelet transform IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement/The Institute of Electrical and Electronics Engineers.-2000.49(2).-246 -252
25. L. G. Durante and P. K. Ghosh Active Power Measurement in Nonsinusoidal Environments IEEE Transactions on Power Systems.-2000.15(3).-1142-1147
26. Thomas P.; Barner, Kenneth E Automatic visual to tactile translation-Part Ⅰ: human factors, access methods, and image manipulation Way, IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering.- 1997.5(1).-81-94
27. Montiel, M.E.; Aguado, A.S.; Garza-Jinich, M.A.; Alarcon, J. Image manipulation using M-filters in a pyramidal computer model IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence.-1995.17(11).-1110-1115
28. Biao Chen and Shahram Latifi Astronomical image manipulation in the discrete wavelet transform domain Journal of Electronic Imaging.-2001.9(2).-101-109
29．何文龙 泰克公司的示波器自动化功率测量软件 电子质量 2002
30．黄文华 刘静月 新型高功率微波探测器 强激光与粒子束 2002
31．张旭俊 张春强 非正弦波形下功率测量技术的探讨 电力自动化设备 2002
32．杨波 王燕 测量介质阻档放电功率的一种新方法 大连海事大学学报 2002
33．原春晖 张国良 声强法声功率测量的工程应用研究 电声技术 2002
34．王学伟 白杨 时分割电功率测量技术发展概况 哈尔滨理工大学学报 2002
35．谢洪森 一种便携式智能中波功率计 电工技术杂志 2002
36．胡晓鹏 浅析微波脉冲峰值功率测量 计量与测试技术 2001
37．范福玲 魏平俊 对称三相电路中的谐波及其对测量有功功率的影响 周口师范高等专科学校学报 2001
38．栾宁 电机输出功率计算方法 风机技术 2001
39．朱毅 互感器误差对功率测量的影响 电世界 2001
40．梁志国 朱济杰 一种电能及功率的精确评价方法 华北工学院测试技术学报 2001
41．唐宗熙 李恩 一种测量微波功率放大器件输出端反射系数的新方法 计量学报 2001
42．闭大昌 发射机输出功率测量误差修正方法 广播与电视技术 2001
43．杰雄 现代通信系统的功率测量问题 通信与电子测试 2001
44．万罡 赵向平 波形畸变系统中的功率测量 湖北电力 2001
45．王学伟 曹岩辉 一种音频功率测量的新方法 电机与控制学报 2000
46．宋雷鸣 张新华 狭小空间条件下的声功率测量 铁道机车车辆 2000
47．李柱峰 徐秀平 基于霍尔效应测量功率的方法 物理实验 2000
48．杨慧 刘幼华 应用神经网络的手写体数字识别算法研究 中国民航学院学报 2002
49．张秀玲 李海滨 一种基于RBF神经网络的数字模式识别方法 仪器仪表学报 2002
50．张秀玲 基于RBF神经网络的数字模式识别方法 模式识别与人工智能 2001
51．罗泽 车文刚 用限制模板和映射变换对手写数字识别进行预处理 昆明理工大学学报 2001
52．顾洋 王庆林 基于Wiener滤波，K—L变换和BP网络的数字识别 北京理工大学学报
2002
53．殷瑞祥 李国华 身份证号码的自动识别系统 华南理工大学学报：自然科学版 2002
54．张睿 丁晓青 基于正交混合Gauss模型的脱机手写数字识别 清华大学学报：自然科学版 2002
55．严义 包健 一种实用视觉识别的仪表自动检定系统 仪表技术与传感器 2002
56．黄诏 关于远程自动抄表的研究 企业天地 2002
57．马驷良 马洪波 数字图像的一种快速细化方法 吉林大学自然科学学报 2002
58．盛积德 常胜江 用于手写体数字识别的视觉与神经网络混合算法 光电子激光 2002