一种基于机器视觉的氨氮检测用试剂计量装置技术领域
本发明涉及工业技术领域的水质氨氮含量检测技术，具体涉及一种基于机器视觉的
氨氮检测用试剂计量装置。
背景技术
随着社会的发展，经济的繁荣，计算机技术得到越来越广泛的应用。评价水质污染
状况的关键指标之一是检测水质的氨氮含量，氮元素是水体富营养化的主要营养成分之
一，氨氮含量反映了水体富营养化的程度。常用的氨氮自动在线检测技术是基于纳氏反应
的分光光度法。纳氏分光光度法是基于纳氏反应，纳氏试剂与水样中的氨氮反应，会生成
棕红色化合物，检测其吸光度，可用于计算氨氮含量。在纳氏反应中，被测水样与试剂的
比例非常重要，影响着反应化合物的色度，常用的试剂计量装置采用光电式检测装置，在
计量管的一边放置红外发光管，在另一边放置红外接收管，当试剂液面经过其检测位置
时，光电电路可检测到液面掩挡红外线而形成的信号，据此判断计量管中试剂的容量，但
这种检测装置易受外界红外杂光的影响，更严重的是，当计量管有气泡形成时，光电检测
装置将产生误动作信号，严重影响整个系统的工作可靠性和准确性。此外，当系统需要检
测计量多个容量时，要相应的成组增加光电检测电路，系统复杂，且不易对各计量单位进
行校准。如果被测水样污染程度较高或是水样混浊时，光电式检测装置可能失效，不能完
成试剂计量检测。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于机器视觉的氨氮检测用试剂计量装置，通
过使用嵌入式计算机技术，克服光电式计量检测装置的缺点，取消传统装置中的光电式计
量器等部件，采用微距摄像头采集计量管视频信号，通过视频图像处理，识别计量液位，
实现试剂及水样的计量控制。该装置简化了系统结构，能够有效避免气泡、杂光、重污染
水样、混浊水样等情况对计量精确度的影响，也适用于需要计量多个容量的情况，提高了
装置的计量精确度，减轻了后期使用维护工作量，适用于长期在线自动氨氮检测工作。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于机器视觉的氨氮检测用试剂计量装置，包括ARM嵌入式系统、蠕动泵、暗箱、计
量管、机器视觉光源、微距摄像头、视频采集模块、若干试剂及水样储罐，若干试剂及水
样储罐通过蠕动泵与计量管相连，计量管安装在暗箱内，暗箱内还安装有机器视觉光源和
微距摄像头，微距摄像头与视频采集模块相连，ARM嵌入式系统与蠕动泵、视频采集模块
相连，所述ARM嵌入式系统，基于ARM嵌入式处理器设计，CPU芯片型号为海思
Hi3520D，工作频率660MHZ，内置8路分辨率为D1的视频编解码引擎，码流最高速率
40Mbit/s，内置视频目标运动检测引擎，内置100M以太网接口，SATA2.5硬盘接口，
UART接口及I2C接口。
优选地，所述视频采集模块，芯片型号为NVP1918，将CVBS模拟视频信号转换为
数字信号，视频编码频率最高144MHZ，NVP1918芯片基于I2C总线完成配置工作。
优选地，所述蠕动泵，型号为ULRO80T(UIM241C04T+57-76/一体机)，工作电源
24VDC，用于将试剂及水样抽到计量管中，对试剂及水样定容。
优选地，所述计量管，为石英管，型号为XJG-08A-SY，反应瓶尺寸为Φ10＊H99，
试剂及水样在计量管中定容，最后再按比例混合反应。
优选地，所述机器视觉光源，为标准光源，型号为YX-FL100100，发光面积为
100＊100mm，24V恒流电源供电，标准光源生成标准白光，用作计量检测的背光。
优选地，所述微距摄像头，型号为HD-GY300Y，有效像素300万，最高分辨率
2048＊1536，当试剂及水样送入计量管后，摄像头采集计量管视频图像，经视频采集模块，
送到ARM嵌入式系统，分析液位数据，计算计量管中溶液的容量，当到达指定容量后，关
闭蠕动泵。
优选地，所述暗箱，为不透光的密封盒，将机器视觉光源、计量管、微距摄像头放
置其中，可使视频图像的检测不受外界环境光的影响，提高检测的准确度。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过使用嵌入式计算机技术，克服光电式计量检测装置的缺点，采用微距摄像头采
集计量管的视频信号，通过视频图像处理，识别计量液位数据，实现试剂及水样的计量控
制。本发明简化了系统结构，能够有效避免气泡、杂光、重污染水样、混浊水样等情况对
计量精确度的影响，也适用于需要计量多个容量的情况，提高了装置的计量精确度，减轻
了后期使用维护工作量，适用于长期在线自动氨氮检测工作。
附图说明
图1为本发明实施例一种基于机器视觉的氨氮检测用试剂计量装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说
明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的氨氮检测用试剂计量装置，
包括ARM嵌入式系统、蠕动泵、暗箱、计量管、机器视觉光源、微距摄像头、视频采集模
块、若干试剂及水样储罐，若干试剂及水样储罐通过蠕动泵与计量管相连，计量管安装在
暗箱内，暗箱内还安装有机器视觉光源和微距摄像头，微距摄像头与视频采集模块相连，
ARM嵌入式系统与蠕动泵、视频采集模块相连，所述ARM嵌入式系统，基于ARM嵌入
式处理器设计，CPU芯片型号为海思Hi3520D，工作频率660MHZ，内置8路分辨率为D1
的视频编解码引擎，码流最高速率40Mbit/s，内置视频目标运动检测引擎，内置100M以
太网接口，SATA2.5硬盘接口，UART接口及I2C接口。
所述视频采集模块，芯片型号为NVP1918，将CVBS模拟视频信号转换为数字信
号，视频编码频率最高144MHZ，NVP1918芯片基于I2C总线完成配置工作。
所述蠕动泵，型号为ULRO80T(UIM241C04T+57-76/一体机)，工作电源24VDC，
用于将试剂及水样抽到计量管中，对试剂及水样定容。
所述计量管，为石英管，型号为XJG-08A-SY，反应瓶尺寸为Φ10＊H99，试剂及水
样在计量管中定容，最后再按比例混合反应。
所述机器视觉光源，为标准光源，型号为YX-FL100100，发光面积为100＊100mm，
24V恒流电源供电，标准光源生成标准白光，用作计量检测的背光。
所述微距摄像头，型号为HD-GY300Y，有效像素300万，最高分辨率2048＊1536，
当试剂及水样送入计量管后，摄像头采集计量管视频图像，经视频采集模块，送ARM嵌入
式系统，分析液位数据，计算计量管中溶液的容量，当到达指定容量后，关闭蠕动泵。
所述暗箱，为不透光的密封盒，将机器视觉光源、计量管、微距摄像头放置其中，
可使视频图像的检测不受外界环境光的影响，提高检测的准确度。
本具体实施通过工控机的控制，在蠕动泵的驱动下，将试剂及水样分别抽到计量管
中定容。抽取过程中，计量管中的液位逐渐上升，通过微距摄像头采集计量管的视频图
像，经视频采集模块转换为数字视频信号，送到ARM嵌入式系统，进行视频图像分析，
计算液位数据，再控制蠕动泵的运行，进而控制计量管中溶液的容量。整套装置取消了传
统的光电式液位计量装置，简化了系统结构，能够有效避免气泡、杂光、重污染水样、混
浊水样等情况对计量精确度的影响，也适用于需要计量多个容量的情况，提高装置的计量
精确度，降低故障率，减轻系统后期维护工作量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。