一种用于仪器仪表数码管在线监控识别装置的制作方法

1.本实用新型涉及图像识别技术技术领域，特别涉及一种用于仪器仪表数码管在线监控识别装置。


背景技术：

2.机器视觉是一门综合的技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强与分析算法、图像卡、i/o卡等)。典型的机器视觉应用系统包括图像采集、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。机器视觉系统最基本的特点是提高生产的灵活性和自动化程度。在一些不适合人工操作或人工视觉难以满足要求的危险工作环境中，常采用机器视觉来代替人工视觉。同时，在大规模重复性工业生产过程中，机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和自动化程度。
3.光电二极管是可以将把光信号转换成电信号的一种器件；通过处理器与光电二极管相连接可以检测外界的光源变化并转换成电信号传输给处理器。
4.目前，医院的疫苗主要是保存在医用冷藏柜中，医用冷藏柜上面都会有一个数码管显示，来显示医用冷藏柜中的当前温度，只有温度保持在一定的范围之内，疫苗才不会失效，因为疫苗的保存对于温度等一些外部的环境具有严苛的标准。然而现有的医用冷藏柜只有一个数码管显示当前柜内的温度，当医用冷藏柜的的柜内温度超出标准的温度范围时，工作人员不能及时的了解到，会出现误用失效的疫苗，具有非常大的危险性。因此，亟待提出一种可以动态识别数码管的装置，可以自动报警提示相应的工作人员并且具有通用强、性价比高的优点。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种用于仪器仪表数码管在线监控识别装置。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种用于仪器仪表数码管在线监控识别装置，包括数码管识别装置、数码管识别装置外壳；所述数码管识别装置安装在数码管识别装置外壳内部；
8.所述数码管识别装置包括固定支架、液晶显示屏、微处理器板卡、识别组件；固定支架安装在数码管识别装置外壳的内壁上，固定支架顶端部固定安装有液晶显示屏，固定支架中部固定安装有微处理器板卡，固定支架末端部固定安装有识别组件，识别组件采用视觉识别装置和光电识别装置的任意一种；
9.所述微处理器板卡分别与液晶显示屏、识别组件电性连接；数码管识别装置外壳上设有对应开孔使液晶显示屏显露在数码管识别装置外壳外侧。
10.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
11.进一步地，所述固定支架中部安装有电源、开关、存储卡槽、扬声器；所述电源分别
与液晶显示屏、微处理器板卡、识别组件、开关、扬声器电性连接；所述存储卡槽内插入有存储卡，且存储卡与微处理器板卡电性连接。
12.进一步地，所述视觉识别装置包括图像采集模块、摄像头、梯形遮光板；图像采集模块固定安装在固定支架的末端部，图像采集模块上固定安装有梯形遮光板，梯形遮光板内固定安装有摄像头；
13.所述图像采集模块分别与微处理器板卡、摄像头电性连接，图像采集模块、摄像头均与电源电性连接。
14.进一步地，所述光电识别装置包括固定架、多组光电二极管识别机构，固定架固定安装在固定支架末端部，多组光电二极管识别机构平行分布在固定架上，每组光电二极管识别机构均包含有7个光电二极管，7个光电二极管排列组成呈数字“8”的形状；
15.所述光电二极管分别与微处理器板卡、电源电性连接。
16.进一步地，所述光电二极管识别机构的数量为4组。
17.进一步地，所述数码管识别装置外壳上设有多个对应开孔，使开关和存储卡槽的槽口暴露在数码管识别装置外壳的外侧。
18.进一步地，所述数码管识别装置外壳整体呈矩形体，且数码管识别装置外壳的四个边角处均固定安装有固定柱，固定柱上设有固定孔或吸盘。
19.本实用新型的有益效果是：
20.1、该装置具有外形小巧，结构简单，性价比高的优点。
21.2、利用摄像头可以动态识别数码管，识别速度快，识别准确度高。
22.3、利用光电二极管识别数码管，可以简单快速的识别判断数码管的数字变换，操作简单，具有良好的性价比。
23.4、在固定柱上设置吸盘，只需要按压到医用冷藏柜的主体上，不需要更改医用冷藏柜的结构。
附图说明
24.图1是本实用新型医用冷藏柜主体与数码管识别装置连接关系示意图。
25.图2是本实用新型医用冷藏柜主体上的数码管位置示意图。
26.图3是本实用新型采用视觉识别装置的整体结构一侧示意图。
27.图4是本实用新型采用视觉识别装置的整体结构另一侧示意图。
28.图5是本实用新型采用视觉识别装置的整体结构背部示意图。
29.图6是本实用新型采用视觉识别装置的数码管识别装置整体结构示意图。
30.图7是本实用新型基于机器视觉的整体结构工作流程示意图。
31.图8是本实用新型采用光电识别装置的整体结构一侧示意图。
32.图9是本实用新型采用光电识别装置的整体结构另一侧示意图。
33.图10是本实用新型采用光电识别装置的整体结构背部示意图。
34.图11-图12是本实用新型采用光电识别装置的数码管识别装置整体结构示意图。
35.图13是本实用新型光电识别装置的结构示意图。
36.图14是本实用新型基于光电二极管原理的整体结构工作流程示意图。
37.图15是本实用新型数码管结构示意图。
38.图中：1、数码管识别装置，11、固定支架，12、液晶显示屏，13、微处理器板卡，14、视觉识别装置，141、图像采集模块，142、摄像头，143、梯形遮光板，15、光电识别装置，151、固定架，152、光电二极管识别机构，16、电源，17、开关，18、存储卡槽，181、存储卡，19、扬声器，2、数码管识别装置外壳，21、固定柱，211、固定孔，212、吸盘，3、医用冷藏柜主体，4、数码管。
具体实施方式
39.下面结合附图详细说明本实用新型。
40.实施例1，采用基于机器视觉的视觉识别装置14整体结构。
41.参见图1、图2所示，包括有医用冷藏柜主体3、医用冷藏柜主体3的温度数码管4以及通过固定装置(数码管识别装置外壳2)固定在医用冷藏柜主体3表面的基于机器视觉的数码管识别装置1。医用冷藏柜主体3上的温度数码管4一共分为4个部分，每一个部分都是7段数码管4显示，这4个部分分别用于判断温度的正负、温度的十位、温度的个位以及温度的小数点后一位。通过基于机器视觉的数码管识别装置1来识别医用冷藏柜主体3上的温度数码管4显示的数字，对医用冷藏柜主体3的柜内温度进行实时的监测并且当柜内温度超出预设范围时进行报警提示。
42.参见图3、图4、图5所示，展示了本技术整体结构的外部可见零部件，其中包括有：数码管识别装置外壳2、数码管识别装置外壳2的固定柱，固定柱21上设有固定孔211、数码管识别装置1电源16的开关17、液晶显示屏12、程序存储卡181、梯形遮光板143、摄像头142。通过固定孔211可以轻便快捷的将数码管识别装置外壳2安装在医用冷藏柜主体3上，而基于机器视觉的数码管识别装置1安装在数码管识别装置外壳2的内部。整个结构的外形小巧，结构简单，可以方便的应用在各种医用冷藏柜上。
43.参见图6所示，所展示的是本技术整体结构的内部可见零部件，其中包括有：数码管识别装置1电源16的开关17、液晶显示屏12、程序存储卡181、梯形遮光板143、图像采集模块141、存储卡槽18、微处理器板卡13、扬声器19、固定支架11、数码管识别装置1的供电电源16。微处理器板卡13上主要搭载了stm32f103rct6微控制器、语音模块、esp8266 wifi串口通信模块等，主要是对图像采集模块141所采集到的图像进行处理，转换成温度信息显示到液晶显示屏12上(方便查看温度)，并与正常温度范围进行对比，如果超出正常的温度范围则进行语音报警提示并且通过无线网发送报警信息给工作人员。其中图像采集模块141所获得的图像信息是通过摄像头142获得的，程序存储卡181用于存储微处理器板卡13的程序控制信息或者存储整个装置实时获得的温度信息，用于后期查询数据；扬声器19用于当温度超过正常温度时进行报警；梯形遮光板143用于保证摄像头142不被外界光源的影响，保证图像采集的内容准确，提高图像识别的精确度。
44.参见图7所示，本实用新型的方法包括以下步骤：
45.步骤一：首先利用摄像头142对数码管4进行图像采集。摄像头142选用的型号是ov7670摄像头142，通过ov7670摄像头142所拍摄的图片的大小为320*240像素，像素的格式是rgb565。
46.步骤二：图像采集模块141对采集到的图像进行灰度转换和二值化变换处理。具体方式为：摄像头142获得的图像数据使用的颜色模型为rgb模型。对于后期对图像的处理，用灰度图比较方便，图像数据中每一个字节代表1个像素，因此在图像处理开始的时候就要将
rgb模型转换为灰度图像。进行了灰度转换后，还要对图像进行二值化变换处理，在二值化变换处理的过程中，由于噪声的干扰，使其灰度直方图谷位置不好判断，通常会采取局部阈值法，将原始图像分成几个小的子图像，然后再对每个子图像求出最佳的阈值。对每个子图像一般可以采取求全局阈值的方法来确定各子图像的阈值，这会导致处理的时间很长，并且会造成伪影、笔画断裂等现象，为了应对这种现象，采取ostu全局变换方法，ostu全局变换方法采用了类间方差最大化的思想，方差越大，越接近于正确分割图像的阈值。
47.步骤三：图像采集模块141或微处理器板卡13对预处理过后的图像进行数字分割处理。图片经过二值化后的每个像素点的值只有0和1，在这里把黑色部分的像素点的值设为0，白色字体部分的像素点的值设为1。首先开始对图片进行列扫描求每列的和，因为所拍摄的图片边缘部分是没有数字的，因此在一开始扫描的时候每列的和都是0，直到扫描到第一个数字的左边缘的那列时，会遇到白色的像素点，所以这一列的和会大于0，这个时候记下当前的位置为start，然后接着扫描，这样接下来的每一列的和都大于0，直到扫描到第一个数字的最右边缘时，列的和又会变为0，这个时候再记下当前的位置为end，这样用end减去start就是第一个数字的宽度，此时高度仍然是原图(数码管4)的高度，这样就可以把第一个数字截取出来，但是此时第一个数字的上下部分(数字的高度)还没有截取，然后对已经截取出来的图片继续进行扫描，截取上下部分，这样一直循环截取图片就可以把整张图片的数字全部截取出来。
48.步骤四：图像采集模块141或微处理器板卡13对截取出来的数字进行穿线法进行数字识别。穿线识别法的原理是根据7段数码管4的特征来进行识别的，7段数码管4的特征是：由7个显示段组成；每个段都有垂直或水平的显示段；垂直有4个段，水平有3个段；每个段的粗细与长短基本一致。通过提取这7个显示段的特征来判断实际显示的数字，具体的识别过程是(参考图15)：
49.(1)将数字水平均分成3个部分；
50.(2)每一部分由中间开始从上到下进行扫描，如果在这一部分中间存在笔段(即像素点为白色，此时说明该段存在笔段)，就将其记为“1”，反之记为“0”；
51.(3)将数字水平和垂直等分成4个部分；
52.(4)每一部分由中间开始从左到右进行扫描，如果在这一部分中间存在笔段，就将其记为“1”，反之记为“0”；
53.(5)综合以上7个编码，再到数字编码模板中寻找符合这个编码的数字。
54.穿线法数字识别的编码如下表1所示：
55.表1穿线法数字识别编码表
56.数字段1段2段3段4段5段6段701011111100000112111011031110011401010115111100161111101
710000108111111191111011
57.步骤五：识别出来的数字，就是当前的医用冷藏柜的柜内温度，微处理器板卡13把这个温度与所设定的正常工作温度范围进行对比，如果在正常的工作范围，就继续返回到步骤一继续检测，如果超出了正常的工作温度范围，微处理器板卡13就通过扬声器19进行语音播报温度超出范围的警告，提醒在医用冷藏柜附近的工作人员，如果医用冷藏柜附近没有工作人员，微处理器板卡13还可以通过无线网络给工作人员的手机发出温度已超出温度范围的警告。同理，其中对数码管4的正负温度(零上或零下)的识别也可以采用上述方案。而对于7段数码管4，可设置零下温度时显示1，零上温度显示2等操作，以此判断正负温度。
58.实施例2，采用基于光电二极管原理的光电识别装置15整体结构。
59.参见图1、图2所示，包括有医用冷藏柜主体3、医用冷藏柜上的温度数码管4以及通过吸盘212吸附在医用冷藏柜主体3表面的基于光电二极管的数码管识别装置1。通过基于光电二极管的数码管识别装置1将医用冷藏柜当前的温度读取出来，进行实时的监测与报警提示。
60.参见图8、图9、图10所示，展示了本技术整体结构的外部可见零部件，其中包括：数码管识别装置外壳2、吸盘212、数码管识别装置1电源16的开关17、液晶显示屏12、存储卡槽18、光电二极管。通过数码管识别装置1的吸盘212可以轻便快捷的将基于光电二极管的数码管识别装置1吸附在医用冷藏柜主体3上，从而不需要在医用冷藏柜的结构上进行调整，因此基于光电二极管的数码管识别装置1具有很强的通用性。
61.参见图11、图12所示，所展示的是本技术整体结构的内部可见零部件，包含了：数码管识别装置1电源16的开关17、液晶显示屏12、存储卡槽18、光电二极管的固定架151、数码管识别装置1的供电电源16、微处理器板卡13、固定支架11。微处理器板卡13上主要搭载了stm32f103zet6微控制器、蜂鸣器(扬声器19)、esp8266 wifi串口通信模块等，主要进行对外部输入的数据进行处理，转换成温度信息显示到液晶显示屏12上，并与正常温度范围进行对比，如果超出正常的温度范围则进行报警提示。
62.参见图13所示，光电二极管的固定架151是对照医用冷藏柜的温度数码管4进行挖孔设计，使得每一个光电二极管都能够完全对准医用冷藏柜的温度数码管4的每一个显示段。光电二极管的作用是检测医用冷藏柜的温度数码管4的每一个显示段熄灭与点亮的状态，产生0和1的开关量，将开关量发送到微处理器板卡13中进行处理。每一个部分安装有7个光电二极管，分别对这4个部分和28个光电二极管进行编码，从而知道在各个状态下，医用冷藏柜的温度数码管4的温度是多少。四组光电二极管识别机构152从左到右4个部分分别记为y1、y2、y3、y4。y1部分用于判断温度的正负；y2部分用于判断温度的十位；y3部分用于判断温度的个位；y4部分用于判断温度的小数点后一位。
63.参考图15所示，以y1部分的7个光电二极管为例，根据数码管4各个显示段的符号对其进行编码，7个光电二极管分别记为a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1，同样的将y2、y3、y4部分的光电二极管进行相应的编码。再以y1部分编码过后的7个光电二极管为例，可以判断出，当全部输出为0时，表示无显示；当g1输出为1时，其他输出为0，表示负号；当a1-g1输出均为0
时，表示正号；当g1输出为0时，其他输出为1，表示数字0；当b1、c1输出为1时，其他输出为0，表示数字1；当c1、f1输出为0时，其他输出为1，表示数字2；当e1、f1输出为0时，其他输出为1，表示数字3；当a1、d1、e1输出为0时，其他输出为1，表示数字4；当b1、e1输出为0时，其他输出为1，表示数字5；当b1输出为0时，其他输出为1，表示数字6；当a1、b1、c1输出为1时，其他输出为0，表示数字7；当全部输出为1时，表示数字8；当e1输出为0时，其他输出为1，表示数字9。通过上述的编码方式，将数据传输到微处理器板卡13中进行处理，就可以得到当前的医用冷藏柜的温度数码管4的温度，实现了数码管4动态显示的识别。
64.参见图14所示，本实用新型所述方法包括以下步骤：
65.s10：对基于光电二极管的数码管识别系统进行初始化，自检整个系统的硬件设备的状态。
66.s20：每个光电二极管检测各自对应的数码管4显示段的状态，将输出信号传输到微处理器板卡13中。
67.s30：微处理器板卡13接收到外部检测数据，开始进行分析处理，通过编码过后的光电二极管可以转换得到当前的医用冷藏柜的温度数码管4的温度，并且将这个温度显示到液晶显示屏12上，以供工作人员进行查看。
68.s40：微处理器板卡13将转换得到的当前的医用冷藏柜的温度数码管4的温度与所设定的正常工作温度范围进行对比，如果在正常的工作温度范围，就返回到s20继续检测，如果超出正常的工作温度范围则进行s50和s60两个步骤。
69.s50：微处理器板卡13控制蜂鸣器开始报警。
70.s60：微处理器板卡13通过无线网络给工作人员的手机发送报警信息。
71.其中固定支架11内可以设置充电端口，充电端口与电源16电性连接，同时数码管识别装置外壳2上设有对应开孔，方便通过充电端口给电源16充电。
72.需要注意的是，实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
73.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。