基于嵌入式的垃圾焚烧炉火焰燃烬点检测器的研制

摘要

目前，垃圾焚烧处理已成为垃圾处理的主要方式。在垃圾焚烧处理中，燃烧系统控制是整个垃圾焚烧控制的核心，而在燃烧系统控制中，重点是利用火焰燃烬点位置信息对焚烧炉的炉排速度进行控制，炉排速度的控制好坏直接决定焚烧处理的效果。现阶段，主要以工业相机、图像采集卡和工控机组成火焰燃烬点检测系统，该系统存在实时性较差、功耗大、体积大以及灵活性差等缺点。针对上述缺点，本文设计了一种基于嵌入式的垃圾焚烧炉火焰燃烬点检测器。主要完成以下工作：
　　首先，对垃圾焚烧炉的工艺进行研究，结合现有的火焰燃烬点检测方案提出了火焰燃点检测器的设计要求。根据设计要求对检测器的硬件方案进行了论证，提出了以ARM+DSP为主体的硬件系统架构，确定了以OMAPL138处理器为核心的硬件系统方案，并分别对硬件系统的主处理器模块、图像采集模块、模拟量输出模块、液晶显示模块、存储模块、通讯模块以及电源模块进行了电路设计。此外，根据硬件平台的特点，提出了检测器的软件系统方案，选用Linux作为ARM处理器的操作系统，搭载设备驱动和应用软件；采用DSP/BIOS作为DSP处理器的操作系统，管理图像的采集和处理。
　　其次，提出了利用火焰燃烧图像来获取火焰燃烬点位置信息的方法。研究过程中选取了不同燃烧状态下的火焰图像进行处理，以提高算法的适应性。考虑到图像在采集和传输过程中会受到噪声的干扰，分别采用了均值滤波、中值滤波对图像进行去噪处理，并对结果进行分析，确定了中值滤波做为图像的去噪方法；分别采用了双峰法、最小误差法和最大类间方差法对图像进行分割，通过对分割效果的对比，最终确定了以最大类间方差法作为图像的分割方法，从而更好的分割出图形中的火焰燃烧区域。为解决分割后图像存在突刺等缺陷问题，采用数学形态学方法对分割后的图像进行处理；以形态学处理后的图像为基础，提出了火焰燃烬点的分析方法以及火焰燃烬点位置的计算方法，并通过仿真进行了验证。
　　最后，研究了软件系统的实现方法，并利用QT软件开发了适合嵌入式操作系统的图形用户界面，通过该界面用户可查看火焰燃烬点的检测信息、检测器的运行状态以及设置相关参数。