带式输送机领域树莓派信息采集系统设计--中国期刊网

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带式输送机领域树莓派信息采集系统设计

发表时间：2021/4/27 来源：《基层建设》2020年第33期作者：崔龙

[导读] 摘要：带式输送机是一种现代化生产中连续运输设备，具有运量大、运距远、能耗小、运费低、效率高、运行平稳、装卸方便、适合于散料运输等优点，已广泛应用于煤炭、港口、电力、矿山、化工等领域。

        天津工业大学天津市 300387
        摘要：带式输送机是一种现代化生产中连续运输设备，具有运量大、运距远、能耗小、运费低、效率高、运行平稳、装卸方便、适合于散料运输等优点，已广泛应用于煤炭、港口、电力、矿山、化工等领域。带式输送机由于长距离输送，特别是露天运行的带式输送机，现场人员较多，为了保证现场人员的人身安全，同时智能记录设备运行状况，并可后续增加智能检测设备，本方案基于树莓派开发一套具有智能采集音视频的系统，配合ARDUINO实现相关传感信息处理与设备控制，树莓派作为网络接入及摄像监控设备，搭配智能设备远程监控，构成电气设备远程智能监控系统。目前，国内暂时还没有企业研制相关产品，该系统成功开发将会进一步实现电厂数字化煤场并会产生可观的社会效益和经济效益。
        关键词：树莓派；带式输送机；Arduino；智能音视频采集。
        1.项目背景
        带式输送机现场环境恶劣、工作区域广泛、设备布置复杂的特定区域，过去的普遍做法是：靠人力及手持工具对设备以及生产工况进行巡检并将巡检情况汇总分析后再对设备及生产工况进行通报或报警，存在着对信息采集、处理不及时，尤其音视频记录不及时，更不能处理一些突发事件。
        利用低成本的树莓派可以极大的解决上述问题，本系统通过利用Arduino对带式输送机分布的关键节点进行信息采集、数据分析，并对相应控制继电器进行控制的同时，与树莓派进行数据交互，树莓派利用摄像头采集当时的音视频情况，通过无线网络通知关联智能设备，保证了以上区域现场人员生命安全及生产的安全运行。
        2.系统构成
        2.1树莓派
        树莓派（Raspberry Pi）是尺寸仅有信用卡大小的一个小型电脑，树莓派的GPU 支持 OpenGL ES 3.x、硬件加速的 OpenVG，和高至 4Kp60 HEVC 视频硬件解码，所以我们可以利用它强大的图形性能进行视频的采集存储。同时树莓派支持USB声卡，可以连接麦克风采集现场声音。
        2.2树莓派系统及开发语言
        树莓派和大多数 PC、智能手机类似，需要适配操作系统才能运行，为了方便音视频采集本方案采用Raspberry Pi OS，操作系统存储在 SD 卡上，编程语言采用Python。
        2.3 Arduino
        Arduino是一块带有USB接口的小型单片机电路板，用来连接和控制外部电子设备，如电机、继电器、传感器，激光二级管，扬声器等，他们可以通过电脑控制，或是通过编程之后独立工作。本系统中采集温度信息并通过RF与树莓派进行通信。
        3.系统组成

        4.系统开发设计
        4.1传感器信息采集（现场温度）
        设施加的激励电压为Eb，热敏电阻的阻值为Rt，串联电阻阻值为Rs，则串联电阻上的分压值为：Eout = Eb x Rs/（Rt Rs）
        4.2 Arduino与树莓派通信
        本方案采用RF通信方案
        4.2.1Arduino方面
        4.2.1.1RF24库安装
        下载RF24后，将其复制到Arduino安装目录下的libraries目录下，启动ArduinoIDE后，从例子中选择RF24->GettingStarted。
        4.2.1.2修改
        发送端不必修改，直接编译上传即可。（注意UNO和Mega的选择和串口选择）接收端将代码中的radioNumber从默认的0修改为1。
        4.2.1.3运行
        发送端启动后，输入T，使其进入发送模式。
        接受端启动即可，无需输入R。
        4.2.2树莓派方面
        4.2.2.1 RF库安装
        将RF24库复制到树莓派（或通过git直接获取）。进入RF24目录后执行如下命令，进行编译和安装（选择SPI方式）
        1./configure --driver=SPIDEV
        2.sudo make install -B
        4.2.2.1运行
        使用sudo./ GettingStarted执行，并输入0进入接收模式。
        4.3 树莓派视频采集
        4.3.1 安装摄像头软件
        执行下文介绍的命令行进行下载并安装最新的内核，GPU 固件及应用程序，要连接到互联网才可以实现以下操作。
        1 sudo apt-get update
        2 sudo apt-get upgrade
        要在 Raspberry Pi 的 raspi-config 程序中启用摄像头的支持。
        1 sudo raspi-config
        将光标移动到摄像头选项（Camera option）处，并选择启用（Enable）。在退出 raspi-config 时会重新启动。启用选项是为了确保重启后 GPU 固件能够正确运行（包括摄像头驱动和调节电路），并且 GPU 从主内存划分到了足够的内存使摄像头能够正确运行。
        测试系统已经完成安装并正常工作，可尝试以下命令：
        1 raspistill -v -o test.jpg
        这将显示来自摄像头 5 秒钟的预览图像，并且拍摄一张照片，然后保存为文件 test.jpg，同时显示出需要相关信息
        4.3.2 视频捕捉
        图像尺寸和预览设置与图像捕捉相同。录制的视频默认尺寸为 1080p（1920×1080）
        1# 使用默认设置录制一段 5 秒钟的视频片段（1080p30）
        2raspivid -t 5000 -o video.h264
        1# 使用指定码率（3.5Mbits/s）录制一段 5 秒钟的视频片段
        2raspivid -t 5000 -o video.h264 -b 3500000
        1# 使用指定帧率（5fps）录制一段 5 秒钟的视频片段
        2raspivid -t 5000 -o video.h264 -f 5
        1# 发送到标准输出设备一段 5 秒钟经过编码的摄像头流图像
        2raspivid -t 5000 -o
        1# 保存到文件一段 5 秒钟经过编码的摄像头流图像
        2raspivid -t 5000 -o - &gt；my_file.h264
        5.结语
        目前，树莓派的应用已经深入到各个工业领域，在带式输送机领域，如火力发电厂本方案只是对锅炉、发电机、汽轮机等关键设备实施温度在线监测，音视频监测主要针对振动等参数，数据采集的目的主要是用于管理人员对设备运行状况的观察、分析；尤其对输送系统这样距离长、机电设备多、生产人员分布广的地方还没有应用到该系统。后续会针对防爆和工业电源进行改进和设计，能更好的服务于港口、石化、冶金、电力等带式输送领域。
        参考文献：
        [1]杨志勇，黄文锋，刘灿.基于树莓派的远程控制智能拍照小车[J].现代电子技术，2019，42（08）：168-170，174.
        [2]杨清萍，蔡翔，李周，等.电力信息通信一体化远程监控平台建设与应用分析[J].电力讯息，2019（5）：214-215.
        [3]李国诚，黄明，崔进宝，等.基于树莓派的智能监控系统设计与实现[J].工业技术创新，2019（2）：42-47.