CN201054183Y

CN201054183Y - 视频直读式自动抄表装置

Info

Publication number: CN201054183Y
Application number: CNU2006200758922U
Authority: CN
Inventors: 罗伟
Original assignee: XINSIYUAN INTELLIGENT ELECTRONIC CO Ltd HEFEI
Current assignee: XINSIYUAN INTELLIGENT ELECTRONIC CO Ltd HEFEI
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2016-08-31

Abstract

本实用新型涉及一种将摄像技术和数字识别技术运用于水表等表具的远传抄读技术，本实用新型包括图像传感器以及包括图像采集模块、图像预处理模块和图像识别模块的中央处理器CPU，中央处理器CPU通过8根数据总线和控制总线与摄录传感器相连接，CPU依次通过内嵌的UART接口和外部485芯片以及485总线与上层设备采集器相连接；图像传感器和中央处理器CPU集成设置在表具端；通过采用上述技术方案可以解决利用小容量数字存储器的普通CPU实现水表数字的识别与处理。

Description

视频直读式自动抄表装置

技术领域

本发明涉及一种将摄像技术和数字识别技术运用于水表等表具的远传抄读系统。

背景技术

在民用智能仪表的应用中，信号采集一直受可靠性、价格和功耗等因素的制约，开发厂家至今未找到一种价格合适、性能稳定的方法。

目前三表即水表、气表和电表的自动抄表系统正由脉冲远传和卡表发展到直读式远传系统，而直读式又分为光电直读式和摄像直读式两种。光电直读式就结构而言，其光电传感器是在水里工作，其解决光电传感器的密封问题是光电直读式的关键。而现有的基于摄像的三表远传系统基本上采用在表具端进行图像采集，通过有线或无线将图像传送到上位机，由上位机进行存储与识别处理，这种方式主要存有图像的数据量较大，对传输方式和传输的介质要求高，且传输时间长，电路功耗相应增大，上位机需要大容量存储器，对于无线点对点微功率无线传输就更难实现。

同时，由于图像采集和识别的图像数据量大，运算要求高，通常数字识别都在上位机上采用DSP处理器或计算机进行集中处理，表具一端只进行图像采集和图像数据传输。如果将上位机的DSP处理系统移至表具端，必造成表具价格较高，使产品无法适应市场要求，不能进行批量推广。

技术内容

本实用新型的首要目的就是提供一种视频直读式自动抄表系统，在表具端集图像摄取、数字识别及数据远传为一体，在表具端直接完成机械计度器上的数字识别任务，通过总线或无线通讯传输出来。

上述实用新型的目的是通过采用以下技术方案实现的：

一种视频直读式自动抄表装置，其特征在于：本实用新型包括图像传感器以及包括图像采集模块、图像预处理模块和图像识别模块的中央处理器CPU，中央处理器CPU通过8根数据总线和控制总线来控制摄录传感器进行图像摄取和数据交换，CPU获得水表读数后，将数据通过内嵌的UART接口和外部485芯片，通过485总线向上层设备采集器传输水表读数，CPU通过信号线和控制线进行数据收发；图像传感器和中央处理器CPU集成设置在表具端；图像传感器包括传感器芯片和镜头，图像传感器芯片包括感光单元、AD转换电路和时序电路。

本实用新型所解决的技术课题是在表具端如何利用价位适中的普通CPU处理器实现对表具的读数进行图像采集和图像识别，直接输出表具字轮的读数，大大减少数据传输环节的数据流量，并且传输时间短、可靠性高，价格适中，便于有线或无线方式实现传输；通过采用上述技术方案可以解决利用小容量数字存储器的普通CPU实现水表数字的识别与处理。

附图概述

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是中央处理器CPU单元的电路原理图；

图4是摄像单元的电路原理图；

图5是电源和485接口的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型包括摄录传感器及包括图像采集模块、图像预处理模块和图像识别模块的中央处理器CPU，中央处理器CPU通过8根数据总线和控制总线来控制摄录传感器进行图像摄取和数据交换，CPU获得水表读数后，将数据通过内嵌的UART接口和外部485芯片，通过485总线向上层设备采集器传输水表读数，CPU通过信号线和控制线进行数据收发；图像传感器和中央处理器CPU集成设置在表具端。图像传感器包括传感器芯片和镜头，图像传感器芯片包括感光单元、AD转换电路和时序电路。

摄像头主要由两部分组成：传感芯片和镜头。镜头是光学组件；传感芯片包括感光单元、AD转换电路和时序电路。镜头将被摄物体(字轮)的图像聚焦到传感芯片的感光区，传感芯片的感光单元将光学信号转换为电信号，并经内部的AD电路转换为数字信号，由外部的控制电路(CPU)读取，组合成图像数据，然后识别。

图像采集模块按图像分割区域从个位起进行图像采集；采集得到的个位图像在中央处理器CPU的RAM区进行图像预处理，并生成识别要求的二值化图片；图像识别模块对上述图片提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征单元进行比对识别，得到相应的识别数字；系统重复上述采集与识别过程，分别得到当前表具的个、十、百、千等位的指示数，识别后的指示数字传输至采集器。

参考图1、2、3，所述的图像分割区域个、十、百、千等位的指示数分割成相应个数个区域，摄录头、图像采集模块、图像预处理模块以及图像识别模块分别完成图像摄取、处理和识别。

所述的中央处理器CPU包括图像预处理模块和图像识别模块，样品的特征模板存放在中央处理器CPU的flash单元内。

当CPU接受上位机即采集器的采集命令时，启动采集模块，按照图像分割区域从个位进行图像采集，得到个位图像后，在CPU的RAM区进行图像预处理，图像预处理包括图像校正、去噪滤波、灰度化处理、动态二值化等预处理过程，生成识别要求的二值化图片。基于本图片，图像识别模块自动从中提取特征向量，并与存储在模板存储单元中的特征样本进行比对识别，得到相对应的识别数字，这样就完成了个位数字的识别。以此类推，分别识别十、百、千、......位，同时利用表具数字之间的关联关系，得到当前表具的机械指示数。识别后的数字实时传至采集器。识别的数字根据需要可设置4～6位。

其中图像预处理模块与图像识别模块是在中央处理器中完成的，样品的特征模板也存放在CPU的Flash单元内，而图像采集、光源补偿、电源单元、通信接口由相应电路完成。

以下对本实用新型的电路工作原理以及连接关系作进一步的说明。

CPU(LPC2114)是表具的核心，通过8根数据总线和控制总线来控制传感器(HV7131R)进行图像摄取和数据交换。CPU向传感器发送采集命令，传感器进行摄像，并通过数据总线向CPU传输图像数据，CPU对数据进行处理，根据处理结果对传感器进行配置，传感器根据新配置重新采集图像数据，并传给CPU，CPU进行再处理，重复上述过程，直至获得满意的图像数据，最后运行识别算法程序，识别出水表读数，保存读数信息。CPU与图像传感器的连接如下：CPU(LPC2114)数据总线DB0-DB7(27、29、30、31、33、34、35、37脚)连到HV7131R的数据总线(25、24、22、21、20、19、17、16脚)；CPU(LPC2114)控制总线RESETB、ENB、HSYNC、VSYNC、SDA、SCL、VCLK(14、13、45、39、26、22、38脚)连到HV7131R的数据总线(34、4、38、37、40、2、9脚)。

CPU获得水表读数后，将数据通过内嵌的UART接口和外部485芯片，通过485总线向上层设备(采集器)传输水表读数，CPU通过信号线TX、RX和控制线TRCTL来控制485芯片(HV3082)进行数据收发。连接如下：485芯片(HV3082)A和B(6、7脚)通过信号线TX、RX线连到CPU(LPC2132)的19脚和21脚，485芯片(HV3082)的DE和RE(2、3脚)连到CPU(LPC2114)15脚。

整个电路电源经485接口由外部供给，接入稳压芯片LM1117-3.3、LM1117-1.8、LM1117-2.85的3脚，稳压后分别由输出(2脚)送至CPU的43脚、17脚和图像传感器的32、33脚，给系统提供所需电源。

在CPU(LPC2114)工作过程中，需要保存一定数据信息，信息存储由CAT1025来完成，CPU与CAT1025通过2线总线来进行数据交换，通过数据线(SDA)和时钟线(SCL)将需要的信息数据保存到CAT1025中或从CAT1025读出。连接如下：CPU(LPC2114)的34、35脚连到CAT1025的5、6脚。

CAT1025是带有EEPROM的电压监控芯片，一方面具有信息存储功能，另一方面对电源电压进行监测。在本电路中CAT1025监视电源电压，当电源电压低于设定值，CAT1025向CPU发送信号，复位CPU。连接如下：外部电源连到CAT1025的8脚，CAT1025的2脚(电源状态)连到CPU(LPC2114)的57脚。

振荡器(25MHz)用于给摄像传感器(HV7131R)提供时钟，它的3脚连到HV7131R的8脚。晶体(11.295MHz)用于CPU振荡电路，分别连到CPU(LPC2114)的61、62脚。

本电路采用可在线编程接口，可通过接口修改程序，连接如下：接口(双列20针)的nTRST、TDI、TMS、TCK、RTCK、TDO、nRST(3，5，7，9，11，13，15脚)连到CPU(LPC2114)的20、60、52、50、24、64、57脚。1、2脚接至LM1117-3.3的2脚，4、6、8、10、12、14、16、18、20脚接地。

与外部485总线连接接口(4芯单列插针)的1、2脚分别接至485芯片(HV3082)的6，7脚，3脚接至LM1117-3.3的2脚，4脚接地。

如图2所示，表具10通过有线总线或无线信道20与上层设备采集器30相连接以实现数据的传输与发送，而采集器30又可以与掌上电脑PDA相连，并进而与管理系统相连接，从而实现数据的全自动采集与传输。

Claims

1.一种视频直读式自动抄表装置，其特征在于：本实用新型包括图像传感器以及包括图像采集模块、图像预处理模块和图像识别模块的中央处理器CPU，中央处理器CPU通过8根数据总线和控制总线与摄录传感器相连接，CPU依次通过内嵌的UART接口和外部485芯片以及485总线与上层设备采集器相连接，图像传感器和中央处理器CPU集成设置在表具端；图像传感器包括传感器芯片和镜头，图像传感器芯片包括感光单元、AD转换电路和时序电路。

2.根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：中央处理器CPU选用LPC2114，图像传感器芯片选用HV7131R，中央处理器LPC2114数据总线DB0-DB7的27、29、30、31、33、34、35、37脚连到HV7131R的数据总线的25、24、22、21、20、19、17、16脚；中央处理器LPC2114控制总线RESETB、ENB、HSYNC、VSYNC、SDA、SCL、VCLK的14、13、45、39、26、22、38脚连到图像传感器芯片HV7131R的数据总线的34、4、38、37、40、2、9脚。

3.根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：中央处理器CPU通过信号线TX、RX和控制线TRCTL与485芯片HV3082相连接，485芯片HV3082的6、7脚分别通过信号线TX、RX线连到中央处理器LPC2132的19脚和21脚，485芯片HV3082的2、3脚连到中央处理器LPC2114的15脚。

4.根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：本装置的电源经485接口由外部供给，接入稳压芯片LM1117-3.3、LM1117-1.8、LM1117-2.85的3脚，稳压后分别由2脚输出送至中央处理器CPU的43脚、17脚和图像传感器芯片的32、33脚，给装置提供所需电源。

5.根据权利要求1所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：在中央处理器LPC2114与CAT1025通过2线总线来进行数据交换，通过数据线SDA和时钟线SCL将需要的信息数据保存到CAT1025中或从CAT1025读出，其中中央处理器LPC2114的34、35脚连到CAT1025的5、6脚。

6.根据权利要求5所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：所述的CAT1025是带有EEPROM的电压监控芯片，外部电源连到CAT1025的8脚，CAT1025的2脚连到中央处理器LPC2114的57脚。

7.根据权利要求2所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：所述的摄像传感器芯片HV7131R的时钟采用频率为25MHz的振荡器，它的3脚连到HV7131R的8脚；震荡频率为11.295MHz的晶体用于CPU振荡电路，分别连到中央处理器LPC2114的61、62脚。

8.根据权利要求2所述的视频直读式自动抄表装置，其特征在于：所述的中央处理器LPC2114的20、60、52、50、24、64、57脚分别与双列20针接口的nTRST、TDI、TMS、TCK、RTCK、TDO、Nrst的3，5，7，9，11，13，15脚相连；接口的1、2脚接至LM1117-3.3的2脚，4、6、8、10、12、14、16、18、20脚接地；与外部485总线连接接口的1、2脚分别接至485芯片HV3082的6，7脚，3脚接至LM1117-3.3的2脚，4脚接地。