一種基于小波算法的灌裝計量系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于小波算法的灌裝計量系統，包括電源模塊、信號采集模塊、人機交互模塊和通訊模塊，所述電源模塊為系統供電，信號采集模塊將模擬信號轉換為數字電路可以識別的數字信號，信號采集模塊由放大電路、濾波電路和A/D轉換模塊所組成，A/D轉換后的數字信號傳送到ARM處理器或者DSP數字信號處理器，隨后，采用小波算法對該信號進行轉換處理，提取出有用信號。本發明專利技術利用小波分析可以將不同頻率的信號分解到互不重疊的頻帶上，這樣就非常方便對信號進行濾波、特征分析等處理，從而提取出有用信號得到較為精確的計量結果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種計量系統，具體是一種基于小波算法的灌裝計量系統。
技術介紹
隨著我國加入世界貿易組織十五年，全球性的貿易不斷深化發展。商品在市場中以一種驚人的速度流通，這種流通不僅僅局限于某一區域、國家，往往都是全球性的貿易。近年來我國的經濟實力逐漸提升，我國已逐漸從一個商品輸入國成為全球第一大的商品輸出國，如此數額龐大的商品輸出涉及到了一個問題：商品在貿易過程中采用哪種方式進行流通？當今，在貿易的過程中商品往往都會采取定量包裝的方式。采用定量包裝方式進行商品流通具有其他方式無法比擬的優勢。首先，商品的包裝為定量，在貿易時可以直接以計件的方式進行結算，可以有效加快貿易速度，從而創造更多的經濟價值。其次，相比于散裝商品，定量包裝的商品在批發、零售時不必再重復計量，對于經營者可以減少計量工作時產生的資源浪費，對于消費者可以節省時間。再次，包裝過的商品外觀美觀、整齊，有利于節省存儲空間。并且精心設計的包裝袋美觀、便捷，可以達到吸引消費者購買、增加銷量的目的。在享受包裝商品所帶來的一系列方便時，如何計量并包裝商品顯得尤為重要。傳統的包裝方式較為落后，通常采用傳統計量器械以人工計量隨后手工包裝。傳統的計量包裝方式應用于現代化生產企業會存在許多弊病。首先，傳統包裝需要依靠人工操作，浪費大量的人力資源，也會提高企業的生產成本。其次，傳統包裝操作緩慢，對操作工的技術要求較高且難以提高包裝速度，不利于企業縮短生產時間、提高生產效率。再次，計量和包裝操作比較枯燥乏味，容易使工人產生疲勞感，并且外界環境和個人情緒會影響工作狀態，這樣會導致計量精度達不到理想的范圍內。最后，對于某些特殊商品，采用手工包裝方式會導致安全隱患。例如：在食品包裝領域，工人難免會直接與食品接觸，食品的衛生安全無法得以保障；在危險品包裝領域，工人直接操作危險品會對工人的健康造成潛在危害，甚至影響到工人生命安全。總之，傳統的包裝、計量方式已經不適合當今的社會發展趨勢。隨著傳統包裝方式弊端的逐漸顯露和自動包裝系統的出現。自動包裝系統被用來解決傳統包裝方式所存在的部分問題。由于包裝系統采用相對比較穩定的機械結構和微處理器控制系統，相比于傳統的包裝方式其速度和穩定性都有可觀的提高，能夠實現長時間穩定運轉，可以減少人力資源的消耗，降低生產成本、提高利潤；加快包裝速度，提高企業的生產效率；同時包裝出的商品整齊、美觀、大方，可以在激烈的市場競爭中抓住消費者的眼球，吸引消費者購買。此外，包裝系統還可以避免人與商品的直接接觸。所以，自動包裝系統可以解決一些傳統包裝方式存在的問題。但是，自動包裝系統并沒有精確的計量部分，無法實現準確的計量。所以說自動包裝系統僅僅解決了包裝的問題，沒有解決計量這一關鍵問題。因此，設計一種可以精確計量、快速灌裝的灌裝計量系統迫在眉睫。本論文擬設計一種在不影響灌裝速度的前提下盡可能提高計量精度的高速檢測系統。傳統的檢測方式眾多，但是按照分析方法大體分為兩種。第一種分析方法是純時域范圍內的分析，純頻域分析就是對信號做簡單的濾波、放大等處理后直接由A/D轉換器讀取，由于操作簡單往往采用在常規信號的檢測方面，不適用于有一定精度要求的情況下；另一種分析方法是純頻域分析，相對于純時域分析方法，其處理過程較為復雜，一般來說要先將時域信號轉換到頻域，隨后對頻域信號做進一步的分析處理，這種分析方法過程復雜，但是其檢測精度較高，可以檢測到較弱的信號，所以其往往應用于小信號檢測等方面。但傳統的純頻域分析方式，無法將分析結果與時域信號相對應，這就導致無法提供某一時間段內的頻率信息，并且這些方式不利于分析頻率信息豐富的信號。而本系統恰巧需要分析在給料后短時間內的傳感器信號輸出，但給料后短時間內傳感器的輸出會混帶有多種不同頻率的噪聲。這就導致傳統的分析處理方式不能很好的應用于本設計。經過查閱資料、國內外相關文獻，發現采用小波分析的方法可以彌補傳統純時域、純頻域分析的不足。小波分析自上個世紀80年代首次提出后發展迅猛。1984年法國地球物理學家J.Morlet在分析“地震波的局部性質”時，發現傳統的的傅里葉變換等頻域分析方式在分析混雜有多種噪聲的信號時無法得到理想的結果，隨后通過對傳統的傅里葉分析方式進行改進，引入小波的概念進行信號分析。小波分析的主要思想是對信號進行伸縮與平移。小波分析方法是一種窗口面積固定、窗口形狀可變、時間窗和頻率窗都可以改變的時頻局部化分析方法。小波分析的特點是：在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率；在高頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分辨率。采用小波分析方式可以很容易的檢測到正常信號中夾雜的突變信號成分并對其濾除。小波分析的使用方式非常靈活，對于低頻信號，分析較長時間內的信號變化，以獲得完整的低頻信號信息；對于高頻信號，則可以提取短時間內的信號，以達到分析更多高頻信號細節信息的目的。對于本設計傳感器所輸出的信號不僅僅包含代表計量值的有用信號，還攜帶有許多影響計量精度的干擾信息，如：傳送帶的機械振動勢必會引起計量料斗的振動；待灌裝品流入計量料斗的過程中對料斗的沖擊會引起料斗的晃動；在工業現場中存在的電磁干擾也會導致傳感器的輸出帶有一定噪聲。這些噪聲的疊加會導致傳感器輸出信號非常復雜，可能會含有一些突變成分，并且這些噪聲也并不只是簡單白噪聲的疊加，采用傳統的傅里葉分析方法可能無法得到理想的數據。而小波分析可以將不同頻率的信號分解到互不重疊的頻帶上，這樣就非常方便對信號進行濾波、特征分析等處理，從而提取出有用信號得到較為精確的計量結果。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于小波算法的灌裝計量系統，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于小波算法的灌裝計量系統，包括電源模塊、信號采集模塊、人機交互模塊和通訊模塊，所述電源模塊為系統供電，信號采集模塊將模擬信號轉換為數字電路可以識別的數字信號，信號采集模塊由放大電路、濾波電路和A/D轉換模塊所組成，A/D轉換后的數字信號傳送到ARM處理器或者DSP數字信號處理器，隨后，采用小波算法對該信號進行轉換處理，提取出有用信號；應用小波變換技術對電流信號和振動信號進行分解，電流信號根據理論上啟動過程中特征頻率變化情況確定小波母函數、小波分解層數，分析小波變換結果中頻率和幅值；重構小波包分解系數，求取各頻帶的信號能量；將能量變化突出的若干信號選取為特征向量，通過特征向量就能夠確定計量的特征。作為本專利技術再進一步的方案：對所述計量的特征進行小波包分解，計量的特征經小波包分解可得到其在各頻帶內成分的特征，即各低頻和高頻系數。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術利用小波分析可以將不同頻率的信號分解到互不重疊的頻帶上，這樣就非常方便對信號進行濾波、特征分析等處理，從而提取出有用信號得到較為精確的計量結果。附圖說明圖1為基于小波算法的灌裝計量系統的結構示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。請參閱圖1，本專利技術實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于小波算法的灌裝計量系統，包括電源模塊、信號采集模塊、人機交互模塊和通訊模塊，其特征在于，所述電源模塊為系統供電，信號采集模塊將模擬信號轉換為數字電路可以識別的數字信號，信號采集模塊由放大電路、濾波電路和A/D轉換模塊所組成，A/D轉換后的數字信號傳送到ARM處理器或者DSP數字信號處理器，隨后，采用小波算法對該信號進行轉換處理，提取出有用信號；應用小波變換技術對電流信號和振動信號進行分解，電流信號根據理論上啟動過程中特征頻率變化情況確定小波母函數、小波分解層數，分析小波變換結果中頻率和幅值；重構小波包分解系數，求取各頻帶的信號能量；將能量變化突出的若干信號選取為特征向量，通過特征向量就能夠確定計量的特征。

【技術特征摘要】
1.一種基于小波算法的灌裝計量系統，包括電源模塊、信號采集模塊、人機交互模塊和通訊模塊，其特征在于，所述電源模塊為系統供電，信號采集模塊將模擬信號轉換為數字電路可以識別的數字信號，信號采集模塊由放大電路、濾波電路和A/D轉換模塊所組成，A/D轉換后的數字信號傳送到ARM處理器或者DSP數字信號處理器，隨后，采用小波算法對該信號進行轉換處理，提取出有用信號；應用小波變換技術對電流信號和振動信號...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹偉，李暉，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23