CN1386252A - 检测仪表使用量的无线终端及使用无线通信网络的仪表管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一个用于检测仪表使用量的无线终端和使用无线通信网络的仪表管理系统,它通过无线终端检测电、自来水和煤气的使用量。安置在仪表前方的无线终端感测在仪表上数字的图象,用无线通信网络发送使用量数据。所以很容易达到收集电、自来水和煤气费用的管理。

Description

检测仪表使用量的无线终端及使用无线通信网络的仪表管理系统
发明领域
本发明涉及用于仪表读数的无线终端及使用无线通信网各的仪表读数管理系统，尤其涉及用于借助感测显示在仪表上的图象数据读出仪表读数并通过双向无线通信网络发送该数据的无线终端，以及使用无线通信网络的仪表读数管理系统，其中表示电、自来水，煤气消耗量的仪表上的数字图象由无线终端感测，然后发送到中央站系统，以致于使用与该中央系统连结的记账管理系统管理每个人对此电、自来水，或煤气的消耗量的费用。
发明的背景
通常，电、自来水或煤气的消耗量由抄表员人工地阅读安置在包括房屋和建筑物的居住设施中的仪表进行计量，并在相应的办公室转换成对应的费用，并对每个房屋或建筑物记帐。
通常情况是显示在仪表上的量由抄表员读表，他们造访每个仪表所在地并在用目光读好后写在校验板上。但是，读表工作的这种传统方法具有某些问题，以致于需要很多人力资源，并具有由于人工记录导致的低效率和不精确。
本发明的详细描述
本发明的一个目标是通过检测显示在每个仪表上的图象，将其转换成数字数据，将其发送到远端的记帐管理系统，并在远端记帐管理系统计算应支付的费用，借此远程管理对每个居住设施的电、自来水，或煤气消耗量的抄表工作。
本发明的另一个目标是通过安装用于感测显示电、自来水，或煤气表用量的图象的无线终端，基本上实现使用无线通信网络的远程抄表管理，而不必改动以前安装的表。
本发明的又一个目标是通过无线通信网络随时呼叫无线终端或仪表而基本实现对其状态的远程实时检查。
本发明的还有一个目标是通过检测无线终端的掉电状态，经过无线通信网络将其通知控制主机，并同时从辅助电池提供备用电，借此实现无线终端的有效维持。
为了实现上述目标，本发明可以为一个用于读表的无线终端，它包括一个在机箱底部形成的连结部分，用于将无线终端与仪表结合；一个对每个部件供电的电源部分；一个数据收发部分，用于以双向方式通过与无线通信网络的通信接收读表命令并发送读出的数据；一个用于对到/来自该数据收发部分的数据解码/编码的从属控制器；一个图象传感器，用于借助感测仪表的图象并压缩感测的数据产生消耗量的数字信息；一个存储瞬时数据或操作程序的存储器；一个主控制器部分，用于控制数据收发部分，驱动图象传感器以响应从属控制器部分解码的读表命令，并用于控制将从图象传感器提供的消耗量数字信息暂存入存储器，并在从属控制部分编码以后输出。
这里，电源部分可以如此构成，使得使用交流电源或可充电电池对每个部件提供直流电源，或可包括检测电源故障或电池异常状态的电路。
此外，图象传感器可以如此构成，使得它执行三次压缩：第一次压缩针对表示象素亮和暗的数据位构成图象数据，第二次压缩针对通过确定并消除不必要的区域而减少图象的大小，第三次压缩针对将图象数据转换成对应于十制数字的二进制数据。
按本发明的使用无线通信网络的读表管理系统包括：无线通信网络；一个用于发送读表命令并接收读出数据的中央站系统；一个按照从中央站系统接收的读出数据计算应支付的费用的记帐管理系统；和一个无线终端，包括使无线终端与仪表相结合的形成在机箱底部的连结部分，并被配置成，响应于通过无线通信网络提供的读表命令，图象感测仪表上的消耗量，按照图象感测产生读表数据，并通过无线通信网络发送该读表数据。
较佳实施例
参照示出按本发明的一个较佳实施例的图1，一个中央站系统12通过一个基站(未示出)连结一个无线通信网络10，其中无线通信系统包括如基站、无线电塔等(未示出)那样的无线设备，以协助在中央站系统12和无线终站16之间的双向通信，用于发送读表数据。
中央站系统12可以与多个子系统相联系，如一个处理语音邮件的语音邮寄系统(VMS；未示出)，一个执行远程控制服务和呼叫数据处理的服务管理系统(SMS；未示出)，一个处理网络邮件消息的因特网网关系统(IGS，未示出)和一个记帐管理系统(BMS)18，以便整体控制无线通信系统10和各子系统之间的连结。例如，只有记帐管理系统18能被指派给中央站系统12，如图1所示。
图1示出，表14被装在如房屋或建筑物那样的每个居住设施中，以便测量自来水、电或煤气的消耗量，而无线终端16装在仪表上。
无线终端16图象感测一测量值(如对电“00583kwh”)，将其转换成数据，然后通过无线通信网络10将其发送到中央站系统12。对那些功能，无线终端16具有容易移动/安装的结构，通过覆盖表14的整个表面来完成图象感测，如图2所示，同时具有如图3所示的图象感测及数据发送的内部方块图。
通常，表14具有暴露在人的目光下的面板，使我们能看到测量值，而无线终端16能覆盖表14的顶面，以便感测面板上显示的图象。
即，如图2所示，无线终端16包括底部20和机箱24的组合。底部20具有垂直于面向表14的纵向边的两端的固定板。机箱24由一个窗口26，一个太阳能电池板28，和一个天线30组成。此外，窗口26可由透明玻璃或合成树脂组成，使我们能读到表14上的值，或者能显示由图象传感器读到的数字值。虽然太阳能电池板28通过收集外来的光提供操作电源，利用电池可以为无线终端16准备另一个电源，以替代太阳能电池板28。而且，提供电源的其他方法可以同时采用上述两种方法，或者抽出一根电源线提供给表14。
在下面将参照图3描述无线终端16的内部结构。
无线终端16具有对每个部件供电的电源部分40。如上面提到，电源部分40可以借助使用由太阳能电池板28收集光产生的电流，借助电池，或借助将供给表14的交流电转换成直流电来提供直流电源。业内的熟练人员应知道，对电源供应部分40的那些配置能按照制造商的意图以各种方式实现，以便为每个部件提供直流电源。
无线终端16包括主控制器42、数据收发器部分44、从属控制器46、图象传感器48和存储器50。
这里，数据收发器部分44被配置成通过控制主控制器42执行通过无线通信网络10的双向发送/接收操作。
从属控制器46处理发送到数据收发器44或从其接收的数据，而且接收/传送的数据从主控制器42输出或者输入到主控制器42。
图象传感器48包括通过将光数据转换成模拟量电信号而感测仪表图象的象素阵列(未示出)和将模拟量信号转换为数字信号并将经压缩的数字信号输出到主控制器42的模-数转换器(未示出)。
存储器50被配置为通过控制主控制器42存储控制操作的程序和处理图象的暂存数据。
主控制器42配置为控制每个部件的所有操作，如图象感测，数据发送，和数据接收。
这里，数据收发器部分44包括一个数据发送电路和一个数据接收电路，数据接收电路如图4那样构成，而数据发送电路如图5那样组成。
如图4所示，属于数据收发部分44的数据接收电路配置为通过滤波器56滤除从天线52接收的经放大器54的包含瞬间电流值的信号。这里，因为引入频率300MHz的信号，滤波器56将对应的带宽通过作为带通滤波器的锯齿滤波器，而阻断其他带宽。因此，位于带宽的信号被施加到混合器58。
混合器58配置为输出中频信号到放大器60，而解调器62将由放大器60放大的中频信号解调成数字信号，并将最终信号送到从属控制器46。
此时，混合器58配置为接收混合信号以消除载波，并输出中频信号。混合信号由接收器的锁相回路(Rx PLL)64，VCO 66和倍频器68产生，然后提供给混合器58。这里，RxPLL64由主控制器42的控制信号MCA控制。
同时，包括在数据收发部分44的数据发送电路包括用于通过施加从主控制器42来的控制信号MCB产生载波信号的发送器锁相回路(TxPLL)70，并使得载波信号和由从属控制器46编码的读表数据施加到VCO72。VCO72的输入端最好包括一个变容(varactor)器件，用以确定发送数据的调制宽度。VCO72通过将读表数据调制成载波信号产生一个信号，而倍频器74将VCO72的输出信号转换成具有3倍频率(约900MHz)的信号。倍频器74输出倍频信号到放大器76，而带通滤波器78消除包括在被放大的信号中的噪声和属于不希望的频带内的信号。功率放大器80放大信号功率的强度，使其足以到达中继站，并随后通过天线82发送。
按照如上所述构成的无线终端可以与图6所示的反射箱94相关联，以便使仪表14的面板的位置与图象传感器48的位置相配合，因为有时会发生两个位置对不齐。
反射箱94包括图象进入的入口，图象被输出到图象传感器的出口，以及图象从入口传送到出口的反向路径。在入口处以预定的角度安装一个入口镜94，以便沿反射路径平行地反射图象，而在出口处以预定的角度安装一个出口镜，以便反射通过反射路径传送的图象。在出口镜96和图象传感器102之间插入透镜98。透镜98将从出口透镜96反射的图象聚焦的图象传感器102。此外，为了获得在感测器上图象的稳定的照度，最好在图象传感器102和出口透镜98之间安装一个灯100。
通过如上所述构造的按本发明的具有无线通信网络的读表管理系统，有可能使用无线终端16实现读表。
使用无线终端16的读表能由主控制器42从中央站系统12接收读表命令开始。
中央站系统12搜索当前的呼叫并保持与此同步，而且随后发一个定点呼叫命令以确认无线终端16的位置。如果无线终端执行通道分配来响应此位置确认，中央站系统12判断所分配的通道是否忙(BUSY)，并将判断结果传递到无线终端16。无线终端16传递一个响应以便寄存其位置到中央站系统12，而中央站系统12通过此呼叫通道传递读表命令。
按照上述的操作，当从中央站系统发送读表命令时，主控制器42接收读表命令，此命令被放大，滤波，中频混合，并被属于数据收发部分44的图3中的数据接收电路解调。
随后，主控制器42控制图象传感器14读出显示在仪表面板上的消耗量。而且，由图象传感器48感测的数据被压缩并随后存入存储器50。
具体说来，如果显示在仪表14面板上的十进制数是“00583”，图象传感器48逐位读出该数字。
即，以“0”，“0”，“5”，“8”，和“3”的次序读数。
结果，如图7a所示，从仪表14的面板上读的每个数字值覆盖一定宽的面积。此时进行第一数据压缩。
具体说来，图象传感器48具有一定数目的象素(300×400)，并按照入射到每个光电装置(未示出)的光将以不同电平形式接收的光信号逐个象素地转换到模拟电信号。此外，该模拟电信号通过图象传感器48中使用的模-数转换器按其亮度转换成表示“0”或“1”的数字信号。
虽然同一个图象传感器以8位(比特)数据的形式处理具有256梯度的亮度数据，本图象传感器48进一步将8位数据压缩到1位。因此，图象传感器48获得容量为15K字节的第一压缩图象数据，它是以8位数据形式按象素产生的120k字节的八分之一。
然而，在无线通信的环境中要处理15k字节仍然太多了。因此，图象的大小收缩到由图象传感器48中使用的模-数转换器能识别一个字符必要的区域，图7a的图象减少到图7b的图象。即对图象数据的第二次压缩消除了不必要的区域。
对上述第二次压缩，图象感测区域被X轴和Y轴分割，以允许在座标系中的每个象素具有位置值，且无被感测字符数据的不必要区域被尽量地去除。
因为即使在完成第二次压缩以后图象数据的大小仍然很大，图象传感器48的模-数转换器借助于如图7c到7e所示作为一种图案识别方法的统计特征提取进行第三次压缩。
例如，如图7c所示，一个图象可被分割成具有行和列的相同的区域，而对每个区域估算黑的象素的数目。结果，假设一个图象被分成8行×8列，该图象能被抽象成64维向量。
对于如图7d所示的另一个例子，图象的特征能以周向特征提取方式沿行和列的方向扫描而提取。即，对每个扫描线在遇到第一个黑象素以前计算经过的白象素的长度，且被计算的经过的长度被累计并归一化。
对如图7e所示的又一个例子，以交叉数特征提取方式识别字符的特征，其中交叉数沿着若干垂直线扫描并累计，累计的值按扫描线的数归一化，且，特别是通过沿水平方向而非垂直方向的扫描提取较高和较低的交点。
除了图7C到7e中示出的方法外，可采用另外的提取特征的方法，如轮廓线长度方法，象素连结方法，或富立叶分析方法。
从图7c到7e中示出的方法获得的数据与以前存储的参考数据相比较。如果获得的数据近似于参数据的概率为90到95的百分数或更高，则获得的数据被认为是合法数据。如果比较结果对应于值“8”，图象数据被转换成4位二进制数据，即“1000”对应于十进制数据“8”。因此，当在表14上的数字值是“8”时，图象传感器48提供二进制数据“1000”给主控制器42，且然后主控制器42将此二进制数据存入存储器。
如上所述，如果表14的消耗量通过执行图象感测、压缩和存储数据等操作来识别，主控制器42发送读出的数据给从属控制器46，后者将读表数据提供给数据收发部分44。
接着，数据收发部分44响应于主控制器的控制信号MCB将读出数据与从发送器PLL70来的载波信号混合，并通过天线82发送混合信号经放大并滤波的数据信号。
通过无线通信网络10由天线82接收的数据提供给中央站系统12，后者将收到的数据提交给记帐管理系统18，并发出消息给无线终端16，告知安全收到数据。无线终端16在发送读出数据以后，它等待接收安全收到数据的消息，一旦收到安全收到数据的消息，又回到备用方式。同时，记帐管理系统18对每个到达的读表数据计算并管理应支付的费用。
业内的熟练人员知道，上述的较佳实施例能够改变或修改，以应用不同类型的图象感测方法，如扫描方法，摄影方法，使用定时器的移动检测方法，或滚动方法。
此外，通过在线方法的电子邮件和离线方法的邮政服务，记帐管理系统18使用与中央站系统12相连结的各种系统作为子系统，可发出对电、自来水，或煤气的消耗量的费用通知。
如图8所示，同时在无线通信网络和无线终端之间有可能包括一个中继站110，它可应用于集成家庭局域网或蓝牙的环境，并控制多个无线终端16，用于通过该中继站110测量电、自来水和煤气和消耗量。
按照本发明的另一个实施例，在主控制器和电源部分之间可以包括处理掉电故障的附加电路，如图9所示。
图9示出适配器提供电力的实施例，其中中央控制单元206对应于图3中的主控制器，而其他的对应于图3中的电源供应部分。VBB是可充电电池。
详细看来，它包括直流电源200，用于将220V交流电转换成5V直流电，它包括用于将交流转换成直流的整流器(未示出)，用于改变电压电平的变压器(未示出)，和用于平滑信号波动的平滑电路(未示出)。调节器202将直流电源200的输出转换到无线终端需要的3.3V电压，调节器220的两个输出加到OR门204的两个输入端IN1和IN2。
当两个输入端IN1和IN2之一高时，OR门204提供高电平电压给中央控制器206。
同时，加到OR门204的输入端IN1的调节器的输出通过并联到输出的电阻R1和互相并联连接的电阻R2和二极管连接到可充电电池VBB。可充电电池VBB通过该路径从调节器202的输出的电流充电。加到电阻R1的电压也提供到中央控制器206的端口P1，并由此中央控制器206检测电源故障。电阻器R1还具有防止过多电流流入的功能。
此外，电阻R3连接到中央控制器206的端口P1，以检测供应给可充电电池VBB的电流，而电阻R4并联连接于电阻R3，电阻R4连接到调节器208，后者由可充电电池VBB将3.3V直流电压提供到OR门204的输入端IN2。中央控制器206通过端口P1检测可充电电池VBB的充电状态，而电阻R3也具有防止过多电流流入的功能。电阻R4稳定了提供给调节器208的电压电平，并在可充电电池故障或在电路短路时通过分流防止中央控制器206和调节器208的损坏。
按照上述的电源构造，当在稳定状态从直流电源正常供电时，高电平电压加到OR门204的输入端IN1或IN2，而可充电电池VBB由通过电阻R1和R2，以及二极管D1的路径的电流充电。因此，当高电平电压加到OR门204的输入端IN1或IN2时，能提供运行中央控制器206的高电平电压。
相反，如果发生电源故障，调节器202加低电平电压到OR门204的输入端IN1或IN2。然而，当高电平电压由可充电电池VBB从调节器208加到OR门204的输入端IN2时，OR门204提供高电平电平运行中央控制器206。
另一方面，如果中央控制器206通过检测加到端口P2的信号检测到存在电源故障，中央控制器206输出电源故障信息作为信号TD，后者在由从属控制器解码以后通过数据收发部分传递到中央站系统。
此外，如果中央控制器206通过检测加到端口P1的信号检测到在充电和运行可充电电池中的异常状态，中央控制器206输出异常电池状态信息作为信号TD，后者在由从属控制器解码以后通过数据收发部分传递到中央站系统。
如上所述，通过应用如图9所示的电路，有可能即使在电源故障时以稳定地状态运行无线终端。通过经无线通信发送有关电源故障或异常电池状态的信息到中央站系统，有可能总体管理无线终端的运行状态。
考虑到在发送和接收数据中的耗电，最好采用高容量的可充电电池。
工业应用性
按照本发明，因为不需要造访每个居住设施来检查电、自来水，和煤气的消耗量，可能对读表工作减少人力资源。
此外，因为现有的人工抄表工作能被使用图象感测的远程管理替代，可能提高工作效率并保证数据的可靠性。
而且，因为可使用容易装/卸的无线终端，可能使用现有的表具而不必修改。
另外，由于诸如电源故障或异常电池状态那样的表具当前状态能远程检测，可能保证系统维护的有效性。

Claims (13)

1.一种用于读表的无线终端，包括：
一个在机箱底部形成的连结部分，用于将无线终端与仪表结合；
一个对每个部件供电的电源部分；
一个数据收发部分，用于以双向方式通过与无线通信网络的通信而接收读表命令并发送读出的数据；
一个从属控制器，用于对到/来自该数据收发部分的数据解码/编码；
一个图象传感器，用于通过感测仪表上的图象并压缩感测的数据产生消耗量的数字信息；
一个存储瞬时数据或操作程序的存储器；和
一个主控制器部分，用于控制数据收发部分，响应于从属控制器部分解码的读表命令驱动图象传感器，以及用于控制将从图象传感器提供的消耗量数字信息暂存入存储器，并在从属控制部分编码以后输出。
2.如权利要求1所述的无线终端，其特征在于，所述电源部分配置成通过使用交流电感或可充电电池对每个部件提供直流电源。
3.如权利要求2所述的无线终端，其特征在于，所述电源部分包括：
将交流电转换成特定电平的直流电压的直流电源装置；
用从直流电源装置输出的功率对可充电电池充电的电路；
电压输出装置，在从直流电源装置或可充电电池提供的电压中的一个是正常时，输出正常操作的电压；
用从直流电源装置输出的功率对可充电电池充电的电路；和
充电电压输出装置，将可充电电池的功率输出到确定电源故障的装置。
4.如权利要求3所述的无线终端，其特征在于，主控制器部分配置成检测通过充电电路的电流，以判断是否发生电源故障，并通过从属控制器部分输出判断信息。
5.如权利要求3所述的无线终端，其特征在于，主控制器部分配置成检测可充电电池的输出，以判断可充电电池是否短路，并通过从属控制器部分输出判断信息。
6.如权利要求1所述的无线终端，其特征在于，图象传感器配置成执行对用象素表示亮暗状态的数据位组成的图象数据的第一次压缩，通过消除不必要的区域减少图象数据大小的第二次压缩，和将图象数据转换成对应十进制数的二进制数据的第三次压缩。
7.一种使用无线通信网络的读表管理系统，包括：
一个无线通信网络；
一个中央站系统，用于发送读表命令和用于接收读表数据；
一个记帐管理系统，用于从中央站系统接收读表数据以计算应支付的费用；和
一个无线终端，包括在机箱底部形成的连结部分，用于将无线终端与仪表相结合，并配置成响应于通过无线通信网络提供的读表命令，图象感测仪表上的消耗量，按照该图象感测产生读表数据，并通过无线通信网络发送该读表数据。
8.如权利要求7所述的读表管理系统，其特征在于，无线终端包括：
一个对每个部件供电的电源部分；
一个数据收发部分，用于以双向方式通过与无线通信网络的通信接收读表命令并发送读出的数据；
一个从属控制器，用于对到/来自该数据收发部分的数据解码/编码；
一个图象传感器，用于通过感测仪表的图象并压缩感测数据产生消耗量的数字信息；
一个存储瞬时数据或操作程序的存储器；和
一个主控制器部分，用于控制数据收发部分，响应于从属控制器部分解码的读表命令驱动图象传感器，并用于控制将从图象传感器提供的消耗量数字信息暂存入存储器，并在从属控制器部分编码以后输出。
9.如权利要求8所述的读表管理系统，其特征在于，电源部分配置成通过转换交换电源或使用可充电电池对每个部件提供直流电源。
10.如权利要求8所述的读表管理系统，其特征在于，电源部分包括：
用于将交流电源转换成特定电平的直流电压的直流电源装置；
使用从直流电源装置输出的功率对可充电电池充电的电路；
当从直流电源装置或可充电电池提供的电压中的一个是正常时，输出正常操作电压的电压输出装置；
使用从直流电源装置输出的功率对可充电电池充电的电路；和
用于将可充电电池的功率输出到用于判断电源故障的装置的充电电压输出装置。
11.如权利要求10所述的读表管理系统，其特征在于，主控制器部分配置为检测通过充电电路的电流以判断是否发生电源故障，并通过从属控制器部分输出此判断信息。
12.如权利要求10所述的读表管理系统，其特征在于，主控制器部分配置为检测可充电电池的输出，以判断可充电电池是否短路，并通过从属控制器部分输出此判断信息。
13.如权利要求8所述的读表管理系统，其特征在于，图象传感器配置为执行对用表示象素亮暗状态的数据位组成的图象数据的第一次压缩，通过消除不必要的区域而减少图象数据大小的第二次压缩，和将图象数据转换成对应十进制数的二进制数据的第三次压缩。
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