图像处理技术在车辆超高自动检测系统中的应用_楚彭子

-33-图像处理技术在车辆超高自动检测系统中的应用西藏大学工学院 楚彭子西藏大学经济与管理学院 李青霞西藏大学工学院 曹大命 平措塔杰【摘要】运用图像处理技术和单片机技术，介绍了一种基于单片机的车辆超高自动检测系统，系统的运行实现了在一般情况下不停车的车辆超高检测。

【关键词】自动检测；单片机；车辆超高1.前言车辆超限是交通管理中存在的重要问题，随着交管部门对车辆超限管理力度的增大，车辆超限现象得到较好的遏制，而传统的检测手段多见于车辆迫停处理，车辆占道影响了交通通畅。

随着科学技术的快速发展，使车辆超高自动检测与记录技术成为可能，在一定程度上提高了交管部门的工作效率。

2.系统设计系统硬件设计基于单片机开发板，图1为该车辆超高自动检测系统的硬件框图。

当车辆经过车辆高度检测系统时，通过红外感应和单片机的运行，判定车辆高度是否超限，在超出限制高度的情况下，对车牌进行抓拍，并通过单片机与后台pc的数据传输功能将图片存储至固定路径，进而通过图像处理平台识别车牌并记录，以便工作人员随时查阅。

而对于严重超高车辆，发出警报通知交管人员以便进行拦截。

图2为系统的软件主要控制流程，通过软硬件的结合实现该系统的超高检测、显示及数据记录等功能。

图1 硬件结构大样图3.车牌识别车牌识别的实现由后台PC担任，它包括车辆检测、图像采集、图像预处理、车牌定位、字符分割、字符识别等单元。

这里使用MATLAB软件平台来实现，当车辆触发图像采集单元，系统获取当前视频图像，牌照识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后组成牌照号码输出。

3.1 车牌二值子图的获取输入的彩色图像包含颜色信息，占用了较多的存储空间，且处理时会降低系统的执行速度，因此对图像进行识别等处理时，常将彩色图像转换为灰度图像，以加快处理速度，进而提取背景图像、增强处理、图像二值化、边缘检测、滤波等处理。

然而自然环境下，汽车图像背景复杂，光照不均匀，在自然背景中准确地确定牌照区域是整个图像识别过程中的关键。

首先对采集到的图像进行大范围搜索，找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区，然后对这些侯选区域做进一步分析、评判，最后选定一个最佳区域作为牌照区域，将其从图像中分割出来，同时要考虑车牌倾斜问题。

算法流程如下：首先，对二值图像进行区域提取，计算并比较区域特征参数，提取车牌区域。

其次，计算包含所标记区域的最小宽和高，并根据先前知识，提取并显示更接近的车牌二子值图。

最后，通过计算车牌旋转角度解决车牌倾斜问题。

由于车牌倾斜导致投影效果峰谷不明显，需车牌矫正处理。

采取线性拟合方法，计算出车牌上边或下边图像值为1的点拟合直线与水平X轴的夹角。

用MATLAB 函数的旋转车牌图象函数Imrotate，计算车牌旋转角度和经旋转、二值化后的车牌二值子图(如图3、4所示)。

图2 软件控制流程图3 原始图3.2 字符分割与识别完成牌照区域的定位后，再将牌照区域分割为单个字符。

一般采用垂直投影法。

由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值，并且该位置应满足牌照的字符书写格式、字符、尺寸限制等条件。

利用垂直投影法实现复杂环境下汽车图像中的字符分割效果较好。

通过分析计算字符的水平投影和垂直投影，可获得车牌字符高度、字符顶行与尾行、字符宽度、每个字符的中心位置，以方便提取分割字符。

然后计算车牌垂直投影，去掉车牌垂直边框。

获取车牌及字符平均宽度。

最后计算车牌每个字符的中心位置和最大字符宽度，进而输出分割字符。

通过MATLAB程序算法分割出来的字符，如图5所示。

通过数据库的建立以及样本与数据库中图片差计算误差，找到误差最小的图片依次识别，最终输出识别结果，如图6所示。

图4 Roberts算子边缘检测图图5 分割出来的字符图6 分割出来的字符4.结语从MATLAB编程运行结果看，这里采用的图像识别算法对车牌的定位识别是很有效的。

通过对多个车牌进行试验，正确率高，与采用C++语言相比，工作量和开发周期都减少了很多。

且该系统具有对车辆超高检测不停车等优点，这有利于减少在公路上拦截车辆造成的交通阻塞问题，提高了道路交通流量和经济效益。

但实际应用中，牌照识别的识别率与牌照质量及图像拍摄质量密切相关，同时也会受到其他因素，需不断完善识别系统及其算法。

参考文献[1]刘智勇,梁义涛.基于双通信模式的分布式车辆超限监控系统设计研究[J].河南科学,2010,28(5):596-599.[2]张引.彩色汽车图像牌照定位方法[J].中国图像图形学报,2001,6(2):374-377.[3]李文举,张旗.基于边缘颜色对车牌定位方法研究[J].计算机学报,2009,27(4):204-208.[4]左奇.交通图像检测与处理方法研究[D].西安:西北工业大学,2003.[5]吴波.基于数字图像处理的车牌定位与字符分隔[D].大连:大连理工大学,2008.[6]Bill.Green.Implement the Canny Edge Detection Algorithm.IEEE/ASME,2005,699-704.基金项目：西藏自治区大学生创新性实验训练计划项-34-目（项目编号：2012CX018）。

作者简介：楚彭子（1990—），男，大学本科，研究方向：交通工程。

李青霞（1991—），女，大学本科，研究方向：工商管理。

曹大命（1990—），男，大学本科，研究方向：通信工程。

平措塔杰（1993—），男，藏族，大学本科，研究方向：交通工程。

控制系统中PLC对故障诊断的作用辽宁轻工职业学院 孙 伟【摘要】PLC控制系统目前广泛应用于我们的生产和生活中，但是控制系统在运行时常会出现这样和那样的问题，本文主要描述了PLC控制系统出现故障时，如何应用PLC排除故障，并分析了故障的原因，可以给广大从事PLC控制系统设计和维护人员以借鉴。

【关键词】控制系统；PLC；故障；排除随着计算机技术的发展，PLC愈来愈广泛应用于生产和生活领域中，它尤其应用在工业的过程控制中。

由于PLC可以节省控制系统中的低压电器元件，并且控制逻辑可以更改，再加上PLC工作性能稳定，PLC甚至已经成为工业控制系统中的标准设备。

但是正因为PLC控制系统的重要性，一旦控制系统发生故障，轻则影响生产，重则造成人生安全。

笔者针对PLC本身的功能，分析在控制系统出现故障时，如何利用PLC进行故障诊断。

一、PLC控制系统故障种类PLC控制系统的故障按照发生的位置主要分为以下几种：(一)PLC本身硬件故障PLC工作性能稳定，出现自身故障的几率很少，几率低于10%，因此当控制系统出现故障时，首要考虑的是其他部分故障。

PLC本身硬件故障的常见故障有：输入模块故障、输出模块故障和CPU模块故障。

1.输入模块故障输入模块故障主要是因为输入电路电流过大或因为输入电路回路中因为线圈的存在造成瞬间感应电动势过大造成的。

图1 出现问题的电路图2 改后的电路以西门子输入模块为例，图1是plc控制电路中常见的电气控制逻辑，但是图1的电路中按下SB1按钮时，PLC的输入模块常被烧毁，主要原因是KM1线圈产生很大的感应电动势，这个电动势加在了PLC输入端子模块上，将输入模块烧坏。

我们可以将电气图改为图2所示，虽然仅仅加了个中间继电器KA1，但是将KM1的感应电动势隔开了，避免了输入模块的损坏。

2.输出模块故障输出模块故障主要是因为输出电路电流过大或短路。

以西门子输出模块为例，在图3电路运行时开关电源模块和PLC输出模块总出故障，检查后得知KA1继电器漏电，将220V的电压流进入了24V的电路中，因此损坏了开关电源模块和PLC的输出模块。

更换KA1继电器后即排除故障。

图3 输出模块电路3.CPU模块故障一般情况下PLC是性能是比较可靠的，CPU模块出现故障的情况较少，原因也往往是因为干扰窜入了较大的电流，主要是接地设计出现的问题，或者是多回路共地出现了耦合。

PLC模块出现了故障，我们可以通过模块上的LED指示灯的闪烁观察是输入、输出还是CPU模块出现了问题。

(二)PLC内部逻辑故障控制系统的故障也可能是PLC内部程序逻辑出现问题，当系统在运行期间，逻辑问题显现，这个我们可以将程序导出在计算机上，通过组态软件调试，看看主要是哪里出现问题。

(三)PLC外部硬件故障1.输入外部电路出现故障输入外部电路出现故障可以通过PLC的LED的指示灯来检查是那个输入回路出现问题。

2.输出外部电路出现故障输出外部电路出现故障可以通过观察或检查执行元件的动作判断是哪里的问题。

二、控制系统利用PLC排除故障我们可以通过PLC设备的LED灯的闪烁来检查是否是PLC本身出现的问题。

PLC本身出现问题的几率是很小的。

一般情况下，系统的故障往往是系统的传感器或执行元件(继电器、接触器等)出现了故障。

(一)排除输出电路故障观察PLC输出继电器的LED灯的情况，判断PLC是否有输出信号，如果有而外部电路没有执行，则需要根据电气图检查输出强电部分故障，如果PLC没发出输出信号，则检查是否是PLC程序问题。

(二)排除PLC输入电路故障观察PLC输入继电器指示灯是否亮是直观而简单的排故障手段，如果指示灯没亮，则要检查各输入电路的开关等接线问题或输入电路的电源供给问题。

(三)利用好上位机检查故障利用上位机检查PLC的程序运行情况，如果发现是PLC的输入或输出端子出现问题，可以利用多余端子，并要将程序进行相应修改，即可正常工作。

(四)利用PLC的故障自检功能现在的PLC控制系统在设计时已经考虑了系统运行过程中容易出现的问题，因此编写了故障诊断程序。

PLC根据自己的I/O的状况，并结合设备的工作原理，判断出故障的位置并发出报警，维修人员要相信PLC的故障提示。

如果我们可以断定程序有输出但是PLC的物理地址没有动作，可以认为是PLC硬件问题，要更换模块或接口。

(五)根据PLC控制系统控制对象来进行故障诊断根据控制对象的工作原理诊断故障。

以华中世纪星的数控车床为例，按下机床的操作面板上的换刀按钮，发现刀架不动。

检查数控机床的PLC动作，发现PLC的动作指示正常，KA4有电，检查发现刀架电动机无电源提供，于是诊断出KM1故障。

图4 HNC21T刀架控制回路总之，当PLC控制系统出现故障，首先要根据PLC的运行情况找出故障点，再根据控制逻辑和检查工具将故障排除。

然后借助测试工具，加上逻辑推理，逐层分析，最终把故障排除。

参考文献[1]王新平,燕红侠.PLC输入模块损坏原因分析及采取的措施[J].煤炭技术,2009(2).[2]陈万疆.机电设备PLC控制系统故障检测技术的研究[J].华章.2013(9).作者简介：孙伟，女，辽宁轻工职业学院讲师。