CN103945183A - 一种基于视觉感知和wifi的实时数据采集传输器 - Google Patents

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陈启军
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Abstract

本发明涉及一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，安装在能耗表上，并与远程服务器连接，包括电源模块、摄像头、主控制处理芯片、WIFI模块和缓存芯片，所述的电源模块连接主控制处理芯片，所述的摄像头分别连接缓存芯片和主控制处理芯片，所述的缓存芯片连接主控制处理芯片，所述的主控制处理芯片连接WIFI模块；主控制处理芯片按预先设置的时间间隔启动摄像头，摄像头采集能耗表上表盘或显示屏的图像数据，主控制处理芯片读取图像数据，并对图像数据进行识别处理，获得能耗表的读数值，然后通过WIFI模块将识别出的读数值发送到远程服务器。与现有技术相比，本发明具有低成本、低功耗、方便安装、高速无线传输、有一定实时性、采集传输自动化等优点。

Description

一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器
技术领域
本发明涉及一种数据采集传输器，尤其是涉及一种视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器。
背景技术
随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对水、电、气的需求量也随之增大。目前几乎每户人家都有水、电、气三表，这些计量仪表的增加，使仪表抄录的工作量明显增大。在目前的居民能耗表数据的记录工作中，有些地区依旧是采用人工记录的方法，部分地区虽然采用手持式读表器，但仍然至少需要一个人去手持相应设备记录表中数据，这也只能算是一种半自动化的方法。在一些发达的地区，采用有线的自动抄表方式去读数据，这种方式需要改变表的内部结构并且表上要预留485通信接口，不同类型的表，由于具体的接口协议不同，使得每种类型的表要为其设计相应的采集器。而且这种抄表方式在采集到数据后，往往先将这些数据汇集到一个集中器上，然后采用电力载波的通信方式将数据传输至远程的服务器，这种通信方式会大大影响数据传输的可靠性，并且集中器的价格昂贵。
中国专利201010136810.1公开了一种基于视觉感知技术的计量表手持抄表终端和抄表方法，此发明的手持抄表终端由硬件部分和软件部分构成，硬件为具有拍照功能的智能手持终端，如PDA、智能手机等，软件包括智能手持终端的操作系统以及可在智能手持终端上运行的图像识别程序。此发明存在以下的缺点：使用智能手机的成本高；需要人工操作等。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集图像采集，处理以及数据传输于一体的实时数据采集传输器，且成本低、能耗低、安装方便、实现数据采集传输自动化。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，安装在能耗表上，并与远程服务器连接，包括电源模块、摄像头、主控制处理芯片、WIFI模块和缓存芯片，所述的电源模块连接主控制处理芯片，所述的摄像头分别连接缓存芯片和主控制处理芯片，所述的缓存芯片连接主控制处理芯片，所述的主控制处理芯片连接WIFI模块；
电源模块进行供电，主控制处理芯片按预先设置的时间间隔启动摄像头，摄像头采集能耗表上表盘或显示屏的图像数据，保存在缓存芯片中，并向主控制处理芯片发送完成指令，主控制处理芯片从缓存芯片中读取图像数据，同时关闭摄像头，并对图像数据进行识别处理，获得能耗表的读数值，然后通过WIFI模块将识别出的读数值发送到远程服务器，结束后，主控制处理芯片关闭WIFI模块，进入休眠状态，等待下一个采集时刻。
所述的电源模块采用电池，省去了外接电源的麻烦，适合安装。
所述的主控制处理芯片采用Cortex-M内核的单片机，功耗较低。
所述的识别处理的算法采用模板匹配算法。
还包括存储扩展芯片，该存储扩展芯片与主控制处理芯片连接，用于存储识别处理过程中所需的图像模板。
所述的存储扩展芯片采用Nand型闪存。
该采集传输器不工作时，所述的主控制处理芯片处于休眠状态，所述的摄像头和WIFI模块关闭。
该采集传输器采用视觉感知方法获取能耗数据，并通过WIFI无线传输机制来发送数据。
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
1)本发明在摄像头和主控制处理芯片之间安装了一块缓存芯片，这使得低速的单片机也可以作为主控制处理芯片采集图像数据，从而节省了成本，降低了总功耗。若采用高速的MCU去采集摄像头数据，虽然可以省去中间的缓存芯片，但是使用高速的MCU的成本要高很多，而且也会大大增加整个采集器的功耗，采用图像识别的方法也可避免有线抄表方式的接口协议问题。
2)针对低速的MCU存储空间不足的情况，本发明给MCU外接了128M的NAND Flash，可用于存储图像处理过程中所需的空间开销和存储视觉感知所用到的模板。
3)本发明采用模板匹配的方法识别表屏幕上的数据，该方法计算简单，识别的准确率高。只要待识别的表有显示屏，就可以采集读数，通用性强。
4)本发明直接在主控制处理芯片中识别图片，然后传输识别之后的读数值，无需传输整张图片，大大减少网络传输数据的负担。
5)本发明采用电池供电，无需设计笨重的变压器将220V交流电转化为采集器所需的低压直流电，从而方便安装。
6)本发明的数据采用WIFI传输至远程服务器，无需传统的GPRS所需的SIM卡，也无需传统抄表系统所需的集中器。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的总体流程图；
图中：1、电源模块2、摄像头3、主控制处理芯片4、WIFI模块5、电池6、缓存芯片7、存储扩展芯片8、能耗表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，安装在能耗表8上，并与远程服务器连接，包括电源模块1、摄像头2、主控制处理芯片3、WIFI模块4和缓存芯片6，所述的电源模块1连接主控制处理芯片3，所述的摄像头2分别连接缓存芯片6和主控制处理芯片3，所述的缓存芯片6连接主控制处理芯片3，所述的主控制处理芯片3连接WIFI模块4。该采集传输器不工作时，所述的主控制处理芯片3处于休眠状态，所述的摄像头2和WIFI模块4关闭。该采集传输器采用视觉感知方法获取能耗数据，并通过WIFI无线传输机制来发送数据。
本实施例中，电源模块1采用电池5，这样就省去了外接电源的麻烦，适合安装。摄像头2使用30w像素的OV7670，该摄像头可输出格式为RGB565的图片，在本发明的图片识别过程中，该使用格式的图片可以降低计算量，从而提高识别速度。主控制处理芯片3采用主频为72M的Cortex-M3内核的单片机，功耗较低。主控制处理芯片3中对图像数据进行识别处理的算法采用模板匹配算法，这种算法计算简单，识别快速高效准确，可在主控制处理芯片3上连接128M的存储扩展芯片(Nand Flash)7，用于存储识别处理过程中所需的图像模板。
主控制处理芯片3通过两个小型继电器来控制摄像头2和WIFI模块4的供电，在采集器不工作时控制摄像头2和WIFI模块4关闭。缓存芯片6和WIFI模块4都有反馈信号连接至主控制处理芯片3的引脚，使主控制处理芯片知道一帧图片采集完毕或者是WIFI的数据发送完毕。
如图2所示，上述实时数据采集传输器的总体工作流程为：
步骤S1：给Cortex-M3烧写好代码之后，然后给上电，主控制处理芯片3启动，完成定时器，串口配置等初始化工作，同时用1O引脚关闭摄像头2和WIFI模块4的供电，然后主控制处理芯片3进入休眠状态，以节省功耗。
步骤S2：若定时时间(如一小时)未到，则主控制处理芯片3继续休眠；否则主控制处理芯片3被唤醒，时钟由低速时钟切换到高速时钟，然后打开摄像头2开始采集图像，摄像头2使用30w像素的OV7670，该摄像头2可输出格式为RGB565的图片。
步骤S3：摄像头2将采集到的图片信息被逐像素的保存到缓存芯片6中，而主控制处理芯片3则等待缓存芯片6中一帧图像保存完毕的信号。
步骤S4：若主控制处理芯片3未收到缓存芯片6中图像保存完成的信号，则继续等待；否则主控制处理芯片3开始读取缓存芯片6中的图片。
步骤S5：当缓存芯片6中的图片被读取完毕后，主控制处理芯片3关闭摄像头2，在对图片进行预处理后调用存储扩展芯片7，即Nand Flash中的图像模板信息开始匹配里面的读数信息。
步骤S6：当匹配识别完成后，主控制处理芯片3打开WIFI模块4，通过串口将识别出的读数信息发送给WIFI模块4。然后等待WIFI模块4发送数据完毕的信号。
步骤S7：若主控制处理芯片3没有收到WIFI模块4发送完毕的信号，则继续等待；否则，关闭WIFI模块4，然后主控制处理芯片3时钟切换至低速时钟，进入休眠状态，等待下一个采集时刻。

Claims (8)

1.一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，安装在能耗表(8)上，并与远程服务器连接，其特征在于，包括电源模块(1)、摄像头(2)、主控制处理芯片(3)、WIFI模块(4)和缓存芯片(6)，所述的电源模块(1)连接主控制处理芯片(3)，所述的摄像头(2)分别连接缓存芯片(6)和主控制处理芯片(3)，所述的缓存芯片(6)连接主控制处理芯片(3)，所述的主控制处理芯片(3)连接WIFI模块(4)；
电源模块(I)进行供电，主控制处理芯片(3)按预先设置的时间间隔启动摄像头(2)，摄像头(2)采集能耗表(8)上表盘或显示屏的图像数据，保存在缓存芯片(6)中，并向主控制处理芯片(3)发送完成指令，主控制处理芯片(3)从缓存芯片(6)中读取图像数据，同时关闭摄像头(2)，并对图像数据进行识别处理，获得能耗表(8)的读数值，然后通过WIFI模块(4)将识别出的读数值发送到远程服务器，结束后，主控制处理芯片(3)关闭WIFI模块(4)，进入休眠状态，等待下一个采集时刻。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，所述的电源模块(1)采用电池(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，所述的主控制处理芯片(3)采用Cortex-M3内核的单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，所述的识别处理的算法采用模板匹配算法。
5.根据权利要求4所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，还包括存储扩展芯片(7)，该存储扩展芯片(7)与主控制处理芯片(3)连接，用于存储识别处理过程中所需的图像模板。
6.根据权利要求5所述的基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，所述的存储扩展芯片(7)采用Nand型闪存。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，该采集传输器不工作时，所述的主控制处理芯片(3)处于休眠状态，所述的摄像头(2)和WIFI模块(4)关闭。
8.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知和WIFI的实时数据采集传输器，其特征在于，该采集传输器采用视觉感知方法获取能耗数据，并通过WIFI无线传输机制来发送数据。
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