基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統的製作方法
2023-05-05 02:42:51 1
專利名稱：基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統。
背景技術：
自動抄表(Automatic Meter Reading，簡稱AMR)技術是一種採用傳感、通信、計算機等技術，通過專用設備對各種儀表(如水錶、電錶、氣表、各種工業用表等)進行自動採集和處理儀表數據。它主要是通過數據採集器對表計數進行採集，然後通過傳輸控制器將信息傳至計算機中心，由計算機對數據進行處理。自動抄表系統的出現解決了傳統人工抄表過程中遇到的許多問題，並且提高了工作效率和數據的準確性。當前自動抄表系統的主要研究方向是對各類儀表進行改造或者重新設計製造，將抄表設備與儀表集成在一起。這種技術存在著很多問題。首先，需要對現有的所有儀表進行更換，設備改造工程量巨大，改造成本高昂；其次，自動抄表設備與儀表集成，採用光電管、 霍爾元件、幹簧管或自保持開關等傳感器將機械計量的結果轉換為模擬量、開關量或者脈衝量，加上相應的採集電路構成智能電子水、電、氣表，這種方式抗幹擾能力弱，因此，讀數不精確和不可靠是限制當前自動抄表系統應用的瓶頸，自動抄表設備與儀表集成的方式會與高精密儀表相互幹擾，同樣會造成測量值精度降低；再者，集成的方式對於大量的工業用儀表並不適用，限制了其應用範圍；再有，這種方式是一種連續讀數的累積計量，某些不法用戶可以採用特殊的方法使其階段性停止計量，從而造成國家財產的大量流失。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種成本低、應用範圍大且抗幹擾能力強的基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統。本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為一種基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其特徵在於包括嵌入式系統控制模塊、圖片信息採集模塊、數據通信模塊、數據識別模塊及遠程管理系統模塊，所述嵌入式系統控制模塊、圖片信息採集模塊、數據通信模塊及數據識別模塊集成設置在需要進行抄表的儀表錶盤外，所述嵌入式系統包括微處理器及儲存器，所述微處理器從所述儲存器存取數據並控制所述圖片信息採集模塊進行工作；所述圖片信息採集模塊包括一微距攝像機，所述微距攝像機對需要進行抄表的儀表錶盤進行拍照；所述數據識別模塊將所述圖片信息採集模塊所拍攝的儀表圖片信息進行識別，得到儀表的讀數；所述數據通信模塊將該儀表的讀數發送到所述遠程儀表管理系統模塊；所述遠程儀表管理系統模塊設置於監管中心中，其包括中心計算機。優選地，所述數據通信模塊通過GPRS/GSM網絡向所述遠程儀表管理系統模發送儀表的讀數。進一步地，所述遠程儀表管理系統模塊也可以向所述數據通信模塊發送自動抄表系統的工作周期及工作方式的控制信息，所述數據通信模塊將該控制信息發送至所述嵌入式系統控制模塊，所述嵌入式系統控制模塊根據該控制信息控制所述圖片信息採集模塊進行工作。進一步地，還包括一電源模塊，其是基於一開關電源的集成晶片。與現有技術相比較，本實用新型提供的基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統採用與儀表完全分離的機械結構，只是在現有的儀表上加裝一個自動抄表設備，而無需更換現有儀表，因此，改造工程量小，改造成本低廉，應用範圍廣；並且，自動抄表設備與儀表完全分離，不會對儀表產生任何幹擾，保證了儀表的測量精度；本自動抄表設備具有很強的抗幹擾能力，其讀數是儀表測量數據的真實反映，保證了讀數的準確性。
圖1是本實用新型智能直讀式自動抄表系統的模塊組成示意圖；圖2是本實用新型現場終端的模塊結構示意圖；圖3是本實用新型的智能直讀式自動抄表系統的整體網絡組成示意圖；圖4是本實用新型的智能直讀式自動抄表系統的工作流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。實施例一如圖1至圖4所示，本實用新型提供了一種基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其是一種基於儀表圖像的遠程採集、數據識別、無線傳輸和遠程控制的智能直讀式自動抄表系統。本實用新型智能直讀式自動抄表系統的模塊組成示意圖如圖1所示，其包括嵌入式系統控制模塊1、圖片信息採集模塊2、數據通信模塊、數據識別模塊3、遠程管理系統模塊6及電源模塊7。其中，作為現場終端的嵌入式系統控制模塊1、圖片信息採集模塊2、數據通信模塊及數據識別模塊3集成為自動抄表設備設置在需要進行抄表的儀表錶盤外，而遠程儀表管理系統模塊設置於監管中心中。如圖2所示，在儀表錶盤外設置的現場終端包括嵌入式系統控制模塊1、圖片信息採集模塊2、數據通信模塊及數據識別模塊3。其中嵌入式系統控制模塊1是基於ARM7TDMI 處理器構架的嵌入式開發系統，其具有嵌入式系統的最小組織構架，包括一微處理器晶片、 一程序存儲器以及數據存儲器。微處理器晶片內部嵌入具有可移植的高性能Linux作業系統，用於控制各個模塊執行各自的職能，將各個模塊執行結果進行匯總處理，以使本實用新型的整個系統正常完成所設定功能。Linux作業系統存儲於程序存儲器，保證系統掉電，模塊重啟時Linux作業系統可以按照設置執行正常控制功能。Linux作業系統在執行對圖2所示的數據通信模塊、 數據識別模塊3及圖片信息採集模塊2控制時，將根據嵌入式Linux作業系統的U-BOOT引導模塊中所作設置，將運行程序轉移至數據存儲器中，以達到加快運行速度的目的。Linux 作業系統包括板級支持包模塊(BSP)及U-BOOT引導模塊。板級支持包模塊(BSP)用於連接嵌入式系統控制模塊1及相應的功能模塊，以屏蔽應用程式模塊對底層物理設備的操作。 U-BOOT引導模塊用於初始化微處理器晶片內部定時計數器、IIC總線及其他內部功能模塊的初始工作狀態，並設置程序存儲器及數據存儲器的內部存儲結構並對其所進行的讀寫控制結構。[0019]程序存儲器為一NOR FLASH存儲晶片，具有並行數據地址總線，與微處理晶片總線接口直接相連，作為圖2所示嵌入式Linux作業系統的存儲單元。數據存儲器為一 SDRAM存數晶片，具有並行數據地址總線，與微處理器晶片總線接口直接相連，作為圖2所示嵌入式Linux作業系統的程序運行存儲單元。本實用新型的圖片信息採集模塊2，基於一高像素CMOS數字攝像頭。攝像頭內部包括CMOS感光陣列、模擬數據處理模塊、數字數據處理模塊和數據及控制接口模塊。CMOS 感光陣列用以感應儀表錶盤真實顯示數值，模擬數據處理模塊將對感光陣列所得數據進行初始處理。數字數據處理模塊將模擬數據按照不同的數據存儲格式進行格式轉換，以達到後續操作中圖像信息識別模塊對所採集數據進行圖像識別處理的目的，本模塊支持RGB555 等GRB模式數據格式，支持YUV模式數據格式。本實用新型中圖片信息採集模塊2所輸出數據為YUV圖片格式。圖片信息採集模塊2輸出YUV圖片格式數據，分為Y數據輸出通道和UV數據輸出通道。Y通道輸出圖片數據的亮度信息，UV通道輸出圖片數據的色差信息。 本實用新型嵌入式系統控制模塊1採集Y數據通道輸出數據，存儲為256色BMP圖像數據格式，以備數據識別模塊3進行圖像識別處理。圖片信息採集模塊2中攝像頭最近拍攝距離可達6cm，拍攝直徑可達5cm，可減小本系統的現場終端體積，可對現存儀表進行靈活改裝配置，縮減對現有儀表系統改裝的工程量。數據識別模塊3為基於C語言的圖像識別算法，具有數字識別功能，用以識別BMP 圖像數據中數字數據信息。BMP圖像數據存儲於嵌入式系統控制模塊1，由圖片信息採集模塊2採集，經嵌入式系統控制模塊1處理所得。BMP圖像是儀表錶盤顯示數據真實反映，經數據識別模塊3識別處理，嵌入式系統控制模塊1獲得儀表錶盤所顯示實時數據，通過數據通信模塊對所得數據信息進行無線發送。數據識別模塊3中，所用圖像識別技術對字母數字等具有高識別精度，對高速運動車牌識別精度達到99. 16%。對相對靜止的自動抄表設備與儀表，其識別精度可以近似為100%，完全滿足本實用新型所要求的模塊功能。本實用新型數據通信模塊在嵌入式系統控制模塊1的控制下通過現有GPRS/GSM 網絡進行識別數據的無線發送，其包括設置在現場終端的現場數據通信模塊4以及設置在監管中心的遠程數據通信模塊5。GPRS/GSM通信網絡為當今廣泛使用的主要無線通信網絡之一，具有大覆蓋範圍、使用靈活方便等突出優點，是目前各工程項目中實現無線數據傳輸所選擇主要實現方法之一。而且移動通信技術GPRS/GSM具有很強的抗幹擾能力，且其覆蓋範圍廣，基礎設施相當完善，使得結合具有GPRS/GSM的終端設備組成無線傳輸網絡非常容易。GPRS通信網絡是在GSM通信網絡基礎上擴充了相應硬體設備以及通信協議，以使GPRS 手機模塊可以充分利用現有GSM網絡，在此基礎上實現與目前被廣泛使用的hternet進行互聯，以達到信息的快速傳輸和大面積廣播的目的。同時，GPRS手機模塊可利用原有GSM網絡進行基本通話以及簡訊業務。GPRS/GSM通信模塊基於一 GPRS手機模塊與一開通簡訊或 GPRS業務的SIM卡。在本實施例中，要求SIM卡具有GPRS業務功能，該模塊可通過GPRS網絡發送儀表讀數的識別結果，GPRS網絡通過GPRS/GSM無線數據接收模塊中的GPRS無線數據接收模塊與hternet網絡進行互聯，GPRS網絡與網際網路基於TCP/IP協議實現。GPRS/ GSM通信模塊中GPRS手機模塊內部已集成TCP/IP協議，此實施例中無線通信構架基於該協議而設計。TCP/IP協議是GPRS無線數據接收模塊與hternet網絡進行互聯的基本保證和重要組成部分。[0024]如圖3所示，基於GPRS網絡和hternet網絡互連而構成的智能無線抄表系統網絡，具有大覆蓋範圍，可以適應多種工作環境，並可用於多種管理模式，是本實用新型智能直讀式自動抄表系統的網絡實現形式。數據通信模塊結構如圖3所示，包括有基於GPRS網絡數據接收模塊和基於GSM網絡簡訊接收模塊。可根據數據傳輸頻率和數據傳輸量，現場終端所採用的電源情況，以及所用上位機的具體情況選擇匹配的接受模塊。在高傳輸頻率和大傳輸量情況下，適於用GPRS 網絡數據接收模塊對所發送無線數據進行接收。此時現場終端所採用電源模塊7應具有提供持續大電流的能力，以保持GPRS以一定的心跳包數與GPRS網絡進行持續連接，保持持久在線狀態，用以連續或者以一定時間間隔發送數據。心跳包時間間隔應根據當地GPRS網絡具體情況進行設置，一般為十幾分鐘至幾十分鐘不等。電源模塊7基於一開關電源集成晶片，該晶片可提供高至2A瞬時電流，以滿足各 GPRS模塊在啟動和搜尋網絡時的大電流要求，保證現場終端的正常穩定工作狀態。本實施示例1針對GPRS網絡數據接收模塊闡述數據接收端接收數據具體實施方法。GPRS網絡和hternet網絡基於GPRS網絡數據接收模塊實現連接，GPRS網絡數據接收模塊基於TCP/IP網絡傳輸協議實現GPRS網絡和hternet網絡之間的相互通信，以使 GPRS網絡中傳輸的儀表識別數據能夠通過GPRS網絡數據接收模塊傳輸至hternet網絡， 管理人員藉助於上位機中的遠程儀表管理系統模塊的人機互動界面，對接收到的數據進行處理，進而把處理結果存入監管中心。同時，管理人員可以通過人機互動界面，對現場終端進行遠程控制作業，以使現場終端按照管理人員的要求進行儀表數據的採集與發送。本實用新型遠程儀表管理系統模塊包括人機互動界面及數據中心。人機互動界面由C#語言編寫，對數據的處理功能可根據實際需求進行添加或刪除，主要完成數據的接收、查看、存儲功能以及對現場終端工作狀態的選擇等控制功能，界面簡單易懂，功能彈性強，非專業人員可根據界面操作說明快速掌握本軟體的應用，先關專業人員可快速對其功能進行擴展，以滿足自己需求功能。數據中心用於存儲管理人員對接收數據的處理結果，數據中心準確記錄智能無線抄表系統網絡各個終端節點的識別號碼、地理位置等明確特徵， 用於對物理設備的維護和管理，以便於對所接收數據的分類歸檔和長久保存，為儀表數據的收費等實際操作提供數據支持，對可能出現系列現實行為的依據和指導。如圖4所示，本實用新型的現場終端在進行數據採集工作時，首先通過圖片信息採集模塊2的攝像頭採集圖像數據，由嵌入式系統控制模塊1接收原始圖像數據，然後由數據識別模塊3進行圖像識別處理，最後由現場數據識別模塊3通過GPRS/GSM網絡發送識別結果。相應地，監管中心的遠程管理系統模塊6根據現場數據識別模塊3發送的數據類型接收相應的數據包，例如當發送的是GPRS數據包時，則通過GPRS接收器接收數據，而當發送的是TCP/IP協議數據時，則通過hternet網絡接收數據；數據接收完場後，則由遠程管理系統模塊6處理接收端接收到的數據。實施例二 在本實施例中，數據通信模塊中的SIM卡只需開通基本簡訊業務，通過傳統GSM網絡，以簡訊數據方式對所識別儀表數據進行發送，適用於儀表採集頻率較低、所傳數據量較小等實際用例。而數據通信模塊選用GSM簡訊接收模塊，無需與^ternet網絡互連，簡訊接收模塊接收導數據後，經RS232標準接口與上位機主機連接，以使管理人員能夠處理所識別的儀表數據。GSM簡訊接收模塊具有與數據通信模塊對稱性的硬體設備，包括一 GPRS手機模塊和一具有基本簡訊功能的SIM卡，該SIM卡無需GPRS功能，無需與GPRS 網絡互連。本實施例中的其他結構與實施例1中相同，使用時，只需把本實用新型現場終端安裝至現有儀表系統中儀表錶盤上面，同時配置好相應接收終端，即可正常工作，可以改進整個現有儀表系統的操作管理模式和數據管理模式，大大提高相應工作人員的作業量，同時縮減相應費用支出，提高數據精確度和可信度，直接推動了現代自動抄表業務(AMR)的現代化和智能化。需要說明的是，以上僅以GPRS模塊及其相應通信協議為例進行了闡述，本領域技術人員應當了解，本實用新型不受上述實施例的限制，以第三代移動通信標準中的WCDMA、 CDMA2000系列以及TD-SCDMA相對應模塊和通信協議也都適用。本實用新型採用嵌入式系統控制微距攝像機對儀表錶盤拍照，利用圖像識別技術對圖像進行識別，得到儀表的讀數，然後將該讀數通過GPRS/GSM網絡發送到中心計算機， 其中所突破的關鍵技術是儀表讀數圖像的數據識別提取算法的實現以及數據傳輸協議的實現。本實用新型通過GPRS/GSM實現自動抄表設備與監管中心的雙向通信，自動抄表設備可以以簡訊的方式將儀表讀數、自身工作狀態等信息發送給監管中心，而監管中心也可以使用簡訊的方式控制自動抄表設備的工作周期、工作方式等，方便地實現設備的遠程控制。本實用新型提出的智能自動抄表設備屬於直讀式自動抄表設備。本設備具有與儀表完全分離式的結構，正常工作環境時加裝在儀表的錶盤外，不僅可以準確讀出儀表的當前讀數，而且儀表內部不需要任何的關聯，使儀表和自動抄表設備完全獨立工作，互不幹擾，既保證了儀表的測量精度，也是本實用新型所要實現的主要目的之一。本實用新型所採用無線傳輸模式使設備具有強靈活性，與現場終端和監控平臺聯合，可組成具有大面積覆蓋範圍的自動抄表網絡系統，以實現集中式管理。可以應用於各種工業環境，該工業環境包括強電、高汙染等一系列工程人員難以對數據進行現場採集的惡略作業環境。同時，本實用新型可以用於智能家居中對儀表計量數據的檢測工作，以及遠程作業儀表的檢測，此也為本實用新型所要實現的主要目的之一。
權利要求1.一種基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其特徵在於，包括嵌入式系統控制模塊(1)、圖片信息採集模塊( 、數據通信模塊、數據識別模塊C3)及遠程管理系統模塊(6)，所述嵌入式系統控制模塊(1)、圖片信息採集模塊O)、數據通信模塊及數據識別模塊C3)集成設置在需要進行抄表的儀表錶盤外，所述嵌入式系統包括微處理器及儲存器， 所述微處理器從所述儲存器存取數據並控制所述圖片信息採集模塊( 進行工作；所述圖片信息採集模塊( 包括一微距攝像機，所述微距攝像機對需要進行抄表的儀表錶盤進行拍照；所述數據識別模塊( 將所述圖片信息採集模塊( 所拍攝的儀表圖片信息進行識別，得到儀表的讀數；所述數據通信模塊將該儀表的讀數發送到所述遠程儀表管理系統模塊；所述遠程儀表管理系統模塊設置於監管中心中，其包括中心計算機。
2.根據權利要求1所述的基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其特徵在於所述數據通信模塊通過GPRS/GSM網絡向所述遠程儀表管理系統模發送儀表的讀數。
3.根據權利要求1或2所述的基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其特徵在於所述遠程儀表管理系統模塊也可以向所述數據通信模塊發送自動抄表系統的工作周期及工作方式的控制信息，所述數據通信模塊將該控制信息發送至所述嵌入式系統控制模塊(1)，所述嵌入式系統控制模塊(1)根據該控制信息控制所述圖片信息採集模塊( 進行工作。
4.根據權利要求1或2所述的基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，其特徵在於還包括一電源模塊(7)，其是基於一開關電源的集成晶片。
專利摘要本實用新型涉及一種基於圖像識別技術的智能直讀式自動抄表系統，包括嵌入式系統控制模塊、圖片信息採集模塊、數據通信模塊、數據識別模塊及遠程管理系統模塊，嵌入式系統控制模塊、圖片信息採集模塊、數據通信模塊及數據識別模塊集成設置在需要進行抄表的儀表錶盤外，遠程儀表管理系統模塊設置於監管中心中。本實用新型採用與儀表完全分離的機械結構，無需更換現有儀表，改造工程量小，改造成本低廉，應用範圍廣；自動抄表設備與儀表完全分離，不會對儀表產生任何幹擾，保證了儀表的測量精度；自動抄表設備具有很強的抗幹擾能力，其讀數是儀表測量數據的真實反映，保證了讀數的準確性。
文檔編號G08C17/02GK201955891SQ20112002423
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者亓常松, 潘洪軍, 王燕樂, 陳洪濤 申請人:浙江海洋學院