油罐车加载装置定位系统的设计

摘要

目前，我国石油企业在国内进行石油运输时大多采用铁路运输方式。由于油罐车的容量限制，每次运输都需要使用大量的槽车运载，油料的加载过程十分繁琐。传统上，需要操作人员在每次灌装时都需要对加载装置(通常为大鹤管)进行人工定位，劳动强度大，很容易产生疲劳，发生事故，并且手动对接的速度也十分缓慢，效率很低。因此，迫切需要一种加载装置的自动定位系统的出现来提高灌装效率，降低工作强度。目前比较流行的解决方式是通过摄像头进行视频采集后，发送给计算机进行处理。但是计算机体积庞大，且由于通用计算机并不是为了工业环境而设计的，稳定性较差，无法适应灌装现场的恶劣环境。因此，本文采用了一种实时视觉采集结合高性能嵌入式数字处理器实时进行处理的方式，大大提高了灌装的准确性和稳定性。
　　 本文的创新在于使用了CCD相机对油罐车灌口进行定位，使用IEEE1394串行总线作为图像的传输总线，并且将可编程逻辑器件(FPGA)与数字信号处理器(DSP)结合起来，构建成一个高性能的嵌入式处理系统对图像进行处理，来替代使用计算机作为图像处理器的传统方式。不仅成本低，功耗低，并且由于采用特制的元器件，相对于传统计算机具有更好的稳定性，这对于实际工作和生产是具有十分重要的意义的。
　　 本论文首先介绍了油罐车加载装置的工作原理，研究了图像定位技术的理论和发展趋势。结合实际的工作环境，提出了油罐车加载装置定位系统的设计方案。根据设计方案，给出了具体的硬件和软件设计。硬件上使用了CCD相机对图像进行捕捉，然后将采集到的数据通过IEEE1394接口传输到FPGA内对系统进行控制，最后通过DSP对采集到的图像进行处理。软件上首先结合整个系统的硬件设计给出了相应的软件驱动程序，然后根据灌口的图像特征，给出了具体的实现算法。算法上本文首先对灌口的数字图像使用邻域平均法进行滤波，去除了图像中的噪声。再采用大律法对图像进行二值化处理，确定出灌口的边沿。然后，根据圆上任意两条不平行弦的中垂线相交点即为圆心的原理，确定出整个灌口的圆心。最后再根据圆心坐标使用PID算法实现对加载装置的定位。