CN105118262A - 一种面向小区的高效率远程抄表方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向小区的高效率远程抄表方法及系统，该方法包括：服务器通过GSM网络向抄表集中器发送数据采集指令；抄表集中器通过M-BUS总线将采集指令发送至设置在计量仪表上的采集器，采集器获取计量仪表的图像；采集器对采集到的图像使用基于灰度图像的模板匹配方法进行识别；将识别出的计量仪表数据通过M-BUS总线发送给抄表集中器，并由抄表集中器汇总后，通过GSM网络发送到服务器端。本发明的识别方法具有较高的识别效率，数据传输可靠，提高了传输效率和数据完整率，并且不需要更换传统的计量仪表，节约成本。

Description

一种面向小区的高效率远程抄表方法及系统

技术领域

本发明涉及一种面向小区的高效率远程抄表方法及系统。

背景技术

目前，我国城市居民的用表基本上都是由抄表工人定期查抄，这种人工抄表方式不仅耗费大量的人力、物力、时间、准确度低、可靠性差，而且，如果白天抄表可能存在与用户时间冲突，而晚上入户抄表可能给住户带来安全隐患等情况。另外，传统的人工抄表方式也不能满足居民对用水服务质量的要求。随着我国城市化的发展，当前国内普遍采用的这种人工抄表方式已经越来越难以适应智能化系统的发展和人们生活节奏的提高。因此，迫切需要开发远程的自动抄表系统。

系统中抄表集中器与PC服务器之间的远程数据通信方式主要有公用电话网及电力载波通讯等。其中，公用电话网数据传输速率低，而且仅限于电话网的铺设场所，所以不易推广；电力载波通讯方式在噪声的干扰下影响数据传输的质量。本发明系统采用GSM无线网络完成抄表集中器与PC服务器之间的远程数据通信，提高了抄表效率。抄表集中器与采集器之间的通讯方式主要有M-BUS及无线传输等。其中，无线抄表方式易受外界干扰、系统运行费用高，而M-BUS总线通信可以使用低价格的电缆且能够远距离传输信号，所以本发明系统采用M-BUS完成抄表集中器与采集器之间的通信。

大多数的远程抄表系统都是基于8位和16位的处理器，系统性能低，本发明系统使用基于32位的ARM核的处理器，具有高性能、稳定的优势。现有的远程抄表系统大多需要换装电子的计量仪表，然后由它来发送计量数据，改造成本大；本发明不用改造传统的仪表，只需加装采集装置就能识别和发送数据，简单方便，成本低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中远程抄表系统需要更换传统计量仪表，并且无线传输方式效率低下的缺陷，提供一种数据传输效率高的面向小区的高效率远程抄表方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种面向小区的高效率远程抄表方法，包括以下步骤：

S1、服务器通过GSM网络向抄表集中器发送数据采集指令；抄表集中器通过M-BUS总线将采集指令发送至设置在计量仪表上的采集器，采集器获取计量仪表的图像；

S2、采集器对采集到的图像使用基于灰度图像的模板匹配方法进行识别，具体步骤为：

S21、对计量仪表的图像进行预处理，并对预处理后的图像进行字符定位；

S22、将定位后的待识别字符图像的左上角与模板图像的左上角对齐，模板为黑且图像也为黑的像素点为符合点，统计符合点的个数；模板为白且图像为黑或模板为黑且图像为白的点为不符合点，统计不符合点的个数；符合点与不符合点数量的差记作差异程度；

S23、对所有点进行循环统计，得到最小差异度，记作该模板对该图像的差异度；重复下一个模板，直到所有模板都统计完毕，统计差异度最小的模板为识别结果，即识别的字符；

S3、将识别出的计量仪表数据通过M-BUS总线发送给抄表集中器，并由抄表集中器汇总后，通过GSM网络发送到服务器端。

步骤S2中的图像预处理方法具体包括：图像分割、图像二值化、图像均值滤波和图像线性拉伸。

步骤S2中的字符定位方法具体包括：边缘检测、数字形态学处理、投影法和快速傅里叶变换方法。

本发明还提供一种面向小区的高效率远程抄表系统，其特征在于，包括设置在计量仪表上的采集器、M-BUS总线、抄表集中器和服务器，所述采集器通过所述M-BUS总线与所述抄表集中器相连；

所述采集器接收到所述抄表集中器发送的数据采集指令后，对计量仪表进行图像采集，并对图像进行识别处理，得到仪表的计量数据；

所述M-BUS总线将所述抄表集中器的数据采集指令传输给所述采集器，并将所述采集器处理得到的计量数据传输给所述抄表集中器；

所述抄表集中器用于对计量数据进行汇总集中，并通过GSM网络将汇总后的计量数据发送给所示服务器；

所述服务器用于通过GSM网络向所述抄表集中器发送数据采集指令，并对接收到的计量数据进行处理和存储，配合所述服务器端的人机界面。

所述采集器还包括用于存储图像和数据的存储器。

所述服务器包括传输部分和管理部分，其中所述管理部分包括输入用户资讯模块、输入查询资讯模块、查询结果显示模块、资料分析模块和用户资料管理模块。

所述采集器采用ARM处理器对计量仪表的数据图像进行采集和处理。

本发明产生的有益效果是：本发明提供的面向小区的高效率远程抄表方法，通过采集器采集计量仪表的数据图像，并对其进行图像识别，得到计量数据，具有较高的识别效率，并且不需要更换传统的计量仪表，节约成本；将识别后的数据通过M-BUS总线发送给抄表集中器，然后通过GSM网络发送给服务器，数据传输可靠，提高了传输效率和数据完整率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表方法的流程图；

图2是本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表系统的结构示意图；

图3是本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表系统的服务器传输模块结构示意图；

图4是本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表系统的服务器管理模块结构示意图；

图中1-采集器，2-M-BUS总线，3-抄表集中器，4-服务器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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，本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表方法，包括以下步骤：

S1、服务器通过GSM网络向抄表集中器发送数据采集指令；抄表集中器通过M-BUS总线将采集指令发送至设置在计量仪表上的采集器，采集器获取计量仪表的图像；抄表集中器可以在小区每栋楼上安装一台；采集器数据采集硬件可使用CMOS数字图像传感器OV7620，对水表数据图像进行采集，选用基于ARMCortex-M3内核的STM32系列芯片对采集到的数据图像进行识别处理得到表数据。

S2、采集器对采集到的图像使用基于灰度图像的模板匹配方法进行识别，具体步骤为：

S21、对计量仪表的图像进行预处理，并对预处理后的图像进行字符定位；直接采集到的图片，由于噪声点等一系列因素的存在，不能直接用于字符识别。这就需要经过图像预处理这一关键步骤，主要分为：图像分割，图像二值化，均值滤波，线性拉伸四个部分。

首先进行图像分割，将采集到的图片按照字符个数分割。设目标图像高为h，目标像素宽为w。对于两个字符之间的距离可定义为相邻两个完整包含目标字符的w*h大小的图像之间的左侧图像的最右点与右侧图像的最左点的横坐标差值。假设两字符间距为x，根据x与w可得出每个目标字符的左上角的像素点的坐标值，即可根据x、h将目标字符存入缓存。计算字符之间间距x=(b-a-n*w)/(n-1)。

图像均值滤波是线性滤波算法的一种典型处理方式，在图像中制定一个模板给目标像素，该模板包括了其周围的临近像素，利用模板中的全体像素的平均值来取代原来像素值。图像线性拉伸可以使图像动态范围增大，图像对比图扩展，图像变清晰，特征变清晰，摆阔灰度变换，线性变换。

图像二值化就是讲图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将这个图像呈现出明显的黑白效果。将图片二值化后没确定上下边界，然后根据边界按比例将原分割图片空隙去掉，将字符部分进行整合。

对预处理完成的图像，综合利用了边缘检测、数学形态学处理、投影法以及快速傅里叶变换方法完成了随机角度倾斜的水表字轮的定位。

S22、将定位后的待识别字符图像与模板图像对齐，模板的像素点为黑色可以表示为模板为1，模板的像素点为白色可以表示为模板为0，模板为1且图像为黑的像素点为符合点，统计符合点的个数；模板为0且图像为黑或模板为1且图像为白的点为不符合点，统计不符合点的个数；符合点与不符合点数量的差记作差异程度；例如：如果待识别图像是版字符，则将切割后的模板与去空隙的图像提取出，如果是完整字符，则直接提取完整的模板与待识别图像。将模板的左上角与待识别图像的左上角对齐，统计模板为1且图像为黑的像素点的个数即为符合点，统计模板为0且图像为黑或模板为1且图像为白的点即为不符合点，符合点与不符合点做差记为差异程度。

S23、对所有点进行循环统计，得到最小差异度，记作该模板对该图像的差异度；重复下一个模板，直到所有模板都统计完毕，统计差异度最小的模板为识别结果，即识别的字符；例如：按模板左上角点与图像对的点每次增加一行循环直到模板下边缘与待识别图像下边缘重合，统计出最小差异程度，记为该模板对该图像的差异度。提取下一个或下两个模板，重复步骤直到所有模板都读取到结束，统计差异程度最小的模板，模板编号记为识别结果。

S3、将识别出的计量仪表数据通过M-BUS总线发送给抄表集中器，并由抄表集中器汇总后，抄表集中器完成与采集器的数据通信工作，接收采集器返回的水表数据，并将数据在存储器内存储，通过GSM网络发送至所述PC服务器。

如图2所示，本发明实施例的面向小区的高效率远程抄表系统用于实现上述实施例的面向小区的高效率远程抄表方法，具体包括：

设置在计量仪表上的采集器1、M-BUS总线2、抄表集中器3和服务器4，采集器1通过M-BUS总线2与抄表集中器3相连；

采集器1接收到抄表集中器3发送的数据采集指令后，对计量仪表进行图像采集，并对图像进行识别处理，得到仪表的计量数据；采集器1的系统包括图像采集模块、微处理器模块和存储模块，其中，图像采集模块采用美国OV的CMOS传感器OV7670，微处理器采用ST公司的高性能Cortex-M3内核处理器STM32F103，存储模块选用体积小、存储容量大的SD卡。GSM无线通讯模块选用西门子的MC55。

OV7670是美国Omnivision公司开发的CMOS彩色/黑白图像传感器芯片，支持RawRGB，RGB，YUV，和YCbCr等输出格式，用户可以通过SCCB总线控制图像质量、数据格式和传输方式。

存储模块，由于STM32F103的内部数据存储容量有限，系统利用STM32的FSMC存储扩展机制扩展了128MB的Flash存储器，用来存储图像采集模块采集的图片。同时，为了对OV7670采集的图像信息进行备份保存，系统设计中加入了SD卡。它体积小，接口方便，存储容量大。

MC55是德国西门子公司推出的新一代、尺寸最小的GSM/GPRS模块之一。能够提高语音和数据在通信系统中的传输速度。同时，该模块提供标准的AT指令集并内嵌TCP/IP协议，不仅使得通过串口驱动GSM模块变得容易，而且登录Internet网络时也很方便。

OV7670拍照程序流程图。其中，摄像头配置包括OV7670的引脚、中断初始化以及OV7670的初始化。开启摄像头中断主要通过复位FIFO来实现。在每次读数据前都必须调用RST_FIFO函数来清除上一帧数据。

摄像头图像采集电路采用24MHz有源晶振为OV7670提供系统时钟。为了解决微处理器与摄像头之间的数据传输速率不一致问题，在两者之间加入一片AL422B帧缓存器，将摄像头采集的图像数据缓存后再送给微处理器。为实现将OV7670输出的图像信号自动的存入AL422B芯片，电路采用了一片与非门芯片74HC00，以便产生符合AL422B要求的写时序。需要注意的是，由于AL422B芯片正常工作需要3.3V供电，如果STM32F103使用3V电压供电时，需要在两芯片接口之间增加一个74HC573D锁存器。以满足高/低电平的要求。图像采集电路图。对OV7670寄存器的配置是通过首先发送OV7670的写地址0x42，然后发送写数据的目标及孙琦地址和数据，从而初始化写操作；通过发送OV7670的度地址0x43，完成对读初始化操作，从而实现对OV7670摄像头的初始化配置。在对摄像头工作参数配置过程中，将OV7670的寄存器DBLV设为0x80，对输入时钟频数进行控制。设置寄存器BRIGHT、CONTRAS，控制图像的亮度和对比度。通过寄存器REG75、REG76设置图像边缘增强上、下限。在对摄像头测试阶段，首先将寄存器ACALING_YSC设为0x85，显示8色彩条，测试阶段结束后将该寄存器设为0x00，进入非测试模式。OV7670输出同步信号包括：场同步信号VSYNC、行同步信号HREF、像素时钟PCLK。OV7670摄像头的像素时钟PCLK与FIFO写时钟WCLK相连接，在PCLK有效时将数据写入FIFO。场同步信号VSYNC为扫描一帧图像定时，在两个正脉冲之间完成一帧图像的扫描。当STM32F103第一次检测到VSYNC为下降沿时，系统第一次产生中断，表明OV7670开始输出一帧图像，STM32F103将FIFO_WEN置高电平，当HREF有效（高电平）时，FIFO_WEN与HREF通过与非门使能FIFO的WCK，将有效图像数据自动写入FIFO中。当第二次VSYNC产生中断时，表明已经将一帧完整的图像写入FIFO，系统听过将FIFO_WEN置低，锁存一帧图像数据，实现预想的静态存储。此时，STM32F103送给FIFO中的RCLK一个上升沿，将数据从FIFO中读出来，完成图像数据的时间采集与提取。在系统初始化成功后，微控制器不断检测VSYNC信号电平变化，根据VSYNC产生的中断情况，控制FIFO对图像数据的读/写。

采集器1采用高性能、低功耗、低成本的ARM处理器对水表的数据图像进行采集和处理，处理后得到的水表数据通过M-BUS总线2发送至所述楼栋集中器3。

M-BUS总线2将所述抄表集中器3的数据采集指令传输给采集器1，并将采集器1处理得到的计量数据传输给抄表集中器3；

抄表集中器3用于对计量数据进行汇总集中，并通过GSM网络将汇总后的计量数据发送给服务器4；集中器3将每栋楼上集中收集到的所有用户水表数据通过GSM无线网络发送至所述PC服务器4，最后由所述PC服务器4完成对小区所有用户水表数据的存储及管理，配合人机界面进行网上发布后可供用户在家方便查询。在需要的情况下，所述小区PC服务器4可通过GPRS/3G将数据发送至区域主机。

如图3所示，服务器4用于通过GSM网络向抄表集中器3发送数据采集指令，并对接收到的计量数据进行处理和存储，配合服务器4端的人机界面。

如图4所示，服务器4包括传输部分和管理部分，其中所述管理部分包括输入用户资讯模块、输入查询资讯模块、查询结果显示模块、资料分析模块和用户资料管理模块。服务器4的管理部分包括：输入用户资讯模块、输入查询资讯模块、查询结果显示模块、资料分析模块和用户资料管理模块。其中，所述输入用户资讯模块用于登录查询管理系统，登录类别可设置为管理员和普通用户两种方式，不同用户正确登录后进入不同界面，管理员可查询所有用户数据，并对用户资料进行管理以及用水数据进行分析，而普通用户只能对个人账户的用水量以及水费进行查询；所述输入查询资讯模块可用于输入水表ID号以及月份来对应查询；所述查询结果显示模块针对相应的水表ID号以及月份显示月总用水量、日最高（最低、平均）用水量，并进行计费；所述资料分析模块是只针对管理员开放，管理员可以通过所述资料分析模块看到用户用水量的分析及各时段用水情况的分析等；所述用户资料管理模块也是只针对管理员开放，管理员可以通过所述用户资料管理模块管理小区用户的信息，例如添加用户或删除用户信息等。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向小区的高效率远程抄表方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、服务器通过GSM网络向抄表集中器发送数据采集指令；抄表集中器通过M-BUS总线将采集指令发送至设置在计量仪表上的采集器，采集器获取计量仪表的图像；

S2、采集器对采集到的图像使用基于灰度图像的模板匹配方法进行识别，具体步骤为：

S21、对计量仪表的图像进行预处理，并对预处理后的图像进行字符定位；

S22、将定位后的待识别字符图像的左上角与模板图像的左上角对齐，模板为黑且图像也为黑的像素点为符合点，统计符合点的个数；模板为白且图像为黑或模板为黑且图像为白的点为不符合点，统计不符合点的个数；符合点与不符合点数量的差记作差异程度；

S23、对所有点进行循环统计，得到最小差异度，记作该模板对该图像的差异度；重复下一个模板，直到所有模板都统计完毕，统计差异度最小的模板为识别结果，即识别的字符；

S3、将识别出的计量仪表数据通过M-BUS总线发送给抄表集中器，并由抄表集中器汇总后，通过GSM网络发送到服务器端。

2.根据权利要求1所述的面向小区的高效率远程抄表方法，其特征在于，步骤S2中的图像预处理方法具体包括：图像分割、图像二值化、图像均值滤波和图像线性拉伸。

3.根据权利要求1所述的面向小区的高效率远程抄表方法，其特征在于，步骤S2中的字符定位方法具体包括：边缘检测、数字形态学处理、投影法和快速傅里叶变换方法。

4.一种面向小区的高效率远程抄表系统，其特征在于，包括设置在计量仪表上的采集器（1）、M-BUS总线（2）、抄表集中器（3）和服务器（4），所述采集器（1）通过所述M-BUS总线（2）与所述抄表集中器（3）相连；

所述采集器（1）接收到所述抄表集中器（3）发送的数据采集指令后，对计量仪表进行图像采集，并对图像进行识别处理，得到仪表的计量数据；

所述M-BUS总线（2）将所述抄表集中器（3）的数据采集指令传输给所述采集器（1），并将所述采集器（1）处理得到的计量数据传输给所述抄表集中器（3）；

所述抄表集中器（3）用于对计量数据进行汇总集中，并通过GSM网络将汇总后的计量数据发送给所示服务器（4）；

所述服务器（4）用于通过GSM网络向所述抄表集中器（3）发送数据采集指令，并对接收到的计量数据进行处理和存储，配合所述服务器（4）端的人机界面。

5.根据权利要求1所述的面向小区的高效率远程抄表系统，其特征在于，所述采集器（1）还包括用于存储图像和数据的存储器。

6.根据权利要求1所述的面向小区的高效率远程抄表系统，其特征在于，所述服务器（4）包括传输部分和管理部分，其中所述管理部分包括输入用户资讯模块、输入查询资讯模块、查询结果显示模块、资料分析模块和用户资料管理模块。

7.根据权利要求1所述的面向小区的高效率远程抄表系统，其特征在于，所述采集器（1）采用ARM处理器对计量仪表的数据图像进行采集和处理。