CN204046723U - 一种物联网数字图像采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物联网数字图像采集器，其特征是物联网数字图像采集器由数据采集器和计量仪表组成，所述数据采集器安装在计量仪表的计数器字轮上，数据采集器包括主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、安装耳座、底板、面罩，数据采集器通过安装耳座卡接在计量仪表上，安装耳座与底板配合连接，主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、面罩均安装在底板上，控制系统与传输系统无线连接，传输系统与物联网数字图像采集器无线连接，电源与主控板连接，主控板与无线发射模块、摄像装置连接。数据采集器两侧均设置有卡槽，固定卡条与卡槽卡接，固定卡条与计数器字轮底部台阶配合。本实用新型结构简洁，自动化程度高，误差小。

Description

一种物联网数字图像采集器

技术领域

本实用新型涉及一种物联网数字图像采集器。 

背景技术

目前我国城市燃气行业使用的计量器具分为：机械显示计量仪表、预付费IC卡计量仪表、带无线远传功能计量仪表等，由于历史原因在城市管网上仍在使用大量的机械显示计量仪表和部分预付费IC卡计量仪表。由于机械显示计量仪表，需人工现场抄表，城市自来水公司、电力局、燃气公司必须安排众多抄表工每月定期挨家挨户上门抄表，尤其装在用户室内的燃气表抄表更加困难且误差比较大，其主要缺陷如下： 

1.    机械式显示计量仪表无法实现网络化，信息化；

2. 预付费IC卡计量仪表虽然可以实现预付费功能，但无法实现网络化、信息化（时效性）管理；

3. 带无线远传功能的计量仪表可以实现网络化、信息化管理。但存在对已安装的机械式显示计量仪表无法改造和无线远传功能计量仪表的采样计量传感器误差大等缺陷： 

①干簧管采样缺陷：会丢失信号，易遭外界磁攻击，断电后将丢失信号，做不到零误差；

②光电管采样缺陷：25对光电发射、接受管定位精度要求高，只要有其中一个发射或接收管损坏就会乱码，抄表数据和实际数据会存在偏差，位数越高，误差越大，上传至数据库的是一组数据，无自纠错功能。    

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种物联网数字图像采集器，集图像拍摄、图像及数据无线远传、图像识别、数据储存功能于一体，对已安装的机械式显示计量仪表卡上基于物联网传输的数据采集器，小区内实现城市燃气计量仪表的网络化，信息化，智能化管理，降低计量表具电子系统的误差。 

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种物联网数字图像采集器，其特征是所述物联网数字图像采集器由数据采集器和计量仪表组成，所述的数据采集器安装在计量仪表的计数器字轮上，数据采集器包括主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、安装耳座、底板、面罩，数据采集器通过安装耳座卡接在计量仪表上，安装耳座与底板配合连接，主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、面罩均安装在底板上，控制系统与传输系统无线连接，传输系统与物联网数字图像采集器无线连接，电源与主控板连接，主控板与无线发射模块、摄像装置连接。 

本实用新型所述数据采集器两侧均设置有卡槽，固定卡条与卡槽卡接，固定卡条与计数器字轮底部台阶配合。 

本实用新型所述卡槽、固定卡条均呈十字形，数据采集器上设置有滑槽，固定卡条的滑槽部与滑槽配合，使得一方面固定卡条可以在滑槽中滑动至恰当位置后固定，另一方面固定卡条与滑槽的配合阻挡水汽或灰尘进入数据采集器与计量仪表之间的透视窗，影响拍摄图片的质量。 

本实用新型所述摄像装置包括摄像头和图像解码器，摄像头的广角为60度，摄像头到计数器字轮的光线距离为8.2～8.6厘米，数据采集器厚度为4.05～4.65厘米，高15.8厘米，宽11.7厘米，摄像头与水平面的夹角在62～68度之间，反射镜与水平面的夹角在49～55度之间。 

本实用新型抄表模式具有单表唤醒、单抄实时唤醒、群抄冻结量唤醒、群抄实时唤醒、群设置唤醒，所述群抄冻结量唤醒令所有的数据采集器在接收到群抄冻结量唤醒后将读取冻结量图片数据，默认为最近月份的冻结量图片数据，如果要抄取为非最近月份的冻结量图片数据，数据采集器将根据对应的月份读取图片数据并上传，所述群抄实时唤醒令所有数据采集器接收到群抄实时唤醒信号后进行实时图片数据采集并将采集到的图片数据存储到缓存中，当收到抄取指令后数据采集器将缓存中的数据上传。 

本实用新型结构简洁，集图像拍摄、图像解析、 图像及数据无线远传、图像及数据储存及管理等功能于一体，实现城市管网仪表的网络化，信息化，智能化管理，自动化程度高，降低人工成本，降低计量表具电子系统的误差。 

附图说明

图1是本实用新型实施例燃气计量摄像抄表系统的结构示意图。 

图2是本实用新型实施例物联网数字图像采集器的结构及光路示意图。 

图3是图2的左视示意图。 

图4是图2的俯视示意图。 

具体实施方式

参见图1～图4，本实用新型实施例燃气计量摄像抄表系统由物联网数字图像采集器1、数据集中采集系统（简称集中器）、控制系统3（包括网络系统软件、数字图像识别软件）等组成，所述数据集中采集系统可以采用车载抄表系统2或者无线网络系统4，物联网数字图像采集器1由数据采集器11以及现有技术的计量仪表12（基表）组成，计量仪表12前部安装有计数器字轮121，数据采集器11包括主控板111、无线发射模块112、反射镜113、摄像头114、电源（本实施例为电池115）、安装耳座116、底板117、面罩118，数据采集器11通过安装耳座116卡接在计量仪表12的前部，安装耳座116与底板117配合连接，主控板111、无线发射模块112、反射镜113、摄像装置（由现有技术的摄像头114和图像解码器连接构成）、电池115、面罩118均安装在底板117上，这种卡套的方式，使得基表与数据采集器11为各自独立的结构，两者通过安装耳座116卡扣连接（数据采集器11通过安装耳座116从上往下卡在计量仪表12前部），数据采集器11底侧设置有卡槽120，再通过与卡槽120配合的固定卡条119将数据采集器11与计量仪表12固定牢固（固定卡条119卡在卡槽120中时，固定卡条119与计数器字轮121底部台阶122卡接配合，计数器字轮121底部台阶122阻挡住固定卡条119以及与固定卡条119连接的数据采集器11上移）。当需要更换数据采集器11时，剪断固定卡条119即可，使安装及更换十分方便，如果数据采集器11出现问题，直接用新的数据采集器11扣到基表上就行，无需对基表进行更换或改动。主控板111上设置有微处理器（MCU，其含有各种指令的处理程序），用来控制数据采集器11的工作，电池115与主控板111连接，主控板111与无线发射模块112、摄像装置连接，主控板111及其MCU可以采用现有技术实现。 

作为一种特例，所述卡槽120、固定卡条119均呈十字形，数据采集器11上（背面）设置有滑槽123，固定卡条119的滑槽部124与滑槽123配合并在滑槽123中滑动。 

本实施例控制系统3与数据集中采集系统无线连接并进行数据通讯，数据集中采集系统与数据采集器11无线连接并进行数据通讯，本实施例数据集中采集系统安装在移动车2上和或无线网络系统4（特例为数据集中器）中，无线网络系统4通过GPRS网络与控制系统3进行数据通讯，无线网络系统4与数据图像采集器11通过470M扩频无线通讯。控制系统3下发指令经过数据集中采集系统直接对物联网数字图像采集器1进行远程操作，保障数据及指令通讯的反应速度及成功率。 

本实施例物联网数字图像采集器1的数据采集器11上的主控板111上设置有数据采集控制模块，数据采集控制模块接到控制系统3输入的图片采集指令（抄表指令），摄像头114通过反射镜113将计量仪表12上所显示的机械读数（即图片数据）抓拍下来，并通过无线发射模块112将用户仪表图像文件传输给数据集中采集系统（移动车2或无线网络系统4），再由数据集中采集系统传送到控制系统3的数据库（通过移动车2将用户仪表图像文件导入或者由无线网络系统4通过GPRS上传），由控制系统3的图像识别软件将用户仪表图像文件（即图片数据）识别为相对应一组数据，并自动结算该用户的单月用量及累计用量并存入客户档案。当数据出现异常时，管理员可实时查询该用户档案里的用户仪表图像文件及解析后的数据将它们进行比对。由于摄像头114的广角为60度，如果要使摄像头114能够拍全基表上的数字，摄像头114到计数器字轮121的光线距离为8.4cm，同时在结构上需考虑数据采集器11的厚度，所以在设计中采用了反射镜113解决了上述问题。图片采集光路如图3所示，摄像头114与水平面的夹角α在62～68度之间，特例为65度；反射镜113与水平面的夹角θ在49～55度之间，特例为52度。数据采集器11的最大厚度为4.65cm，最小厚度为4.05cm，高15.8cm，宽11.7cm。摄像头114像素为640*480，完整的图片数据量高达300K字节，这对MCU来说无法处理及保存这么大的数据，所以数据采集控制模块须对图片数据进行处理，本实施例采用了黑白（灰度）图片，将数据量减少至320*240，但该数据量还是非常庞大，后期须对数据进行压缩、剪切，在上下调整图片位置程序（指令）中对摄像头114采集到的图片数据只取其中（上下）最中心的320*40像素点的数据，然后将图片数据压缩为JPEG格式进行保存或传输，进一步减少了数据量，最后处理完成的数据只有1.5K字节，优化了数据量后，使用户仪表图像文件的无线远距离传输成为了可能。 

本实施例数据采集器11的无线发射模块112采用LoRa扩频技术，该模块灵敏度最大可以达到-139dbm，发送强度可以达到20dbm。接收电流为10mA，发送电流为120mA，在睡眠模式下最低电流为200nA，无线发射模块112空旷情况下最远收发距离为10km。 

无线发射模块112配置为发讯功率为18dbm，发讯电流为100mA，发讯波特率为1.2K bit，接收灵敏度为-133dbm，接收电流为10mA。整个无线发射模块112休眠电流为9uA。无线发射模块112定时4秒监听一次无线信号，监听时间为18mS。 

本实施例无线网络系统4采用数据集中器，其GPRS通信模块是一款Dual Band的GSM/GPRS工业无线模块，提供短信、数据业务等功能。数据集中器通过GPRS网络与控制系统3进行无线网络连接。 

控制系统3可以下发指令抄取数据采集器11当前的图片数据（当前使用累计量）。同时数据采集器11可以设定每个月的结算日进行图片数据的采集并保存12个月的图片数据。控制系统3可以对数据采集器11最新12个月的图片数据进行抄取。 

本实施例摄像头114（模组）采用（CMOS）感光传感器，平时为断电状态，当数据采集控制模块接收到数据采集指令后才将摄像头114电源打开，图片采集完成后将电源关闭。主控板111上添加有（恒流LED）闪光灯实现补光。 

数据采集器11上（背面）设置有按键，长按键3秒后发讯，之后数据采集控制模块将进入8秒的接收状态，每天按键可操作5次。执行按键操作超过5次后，按键功能失效，一天后按键功功能再次启用。 

按键无线发送内容如下： 

软件的版本号：1字节

通讯号：5字节

当前时间：5字节，年、月、日、时、分。

冻结时间：3字节，日、时、分。返回0XFF 0XFF表示冻结时间关闭。 

上次图片采集时间：5字节，年、月、日、时、分。时间都为零时冻结 

关闭。

本月采集次数：1字节。 

状态：1字节{ 

数据采集器11的低电状态：一级低电、二级低电。

数据采集器11的摄像头配置状态：摄像头配置失败、摄像头配置正常。 

数据采集器11的泄露报警状态（备用）：泄露、正常。 

数据采集器11的阀门状态（备用）：开阀、关阀}。 

数据图像采集控制模块半个月检测一次低电，连续3个月低电判断为二级低电。低电检测是以摄像头114作为负载，负载电流20mA。低电压设置值为2.9V。 

电池115每个月的1号凌晨2点整进行激活，激活时间为10秒，激活电流为100mA。 

如果该数据采集器11有无线传输图片操作，默认电池115已经激活，那么下月的1号不进行定时激活。 

11参数设置： 

、设置和修改通讯号

采集器通讯号为0时只能按键唤醒设置或修改。

采集器通讯号不为0时不能设置通讯号只能修改通讯号，可以通过按键或无线唤醒修改通讯号， 

、设置数据采集器11时间

可以单独对每个数据采集器11进行校时。

集体校时：在进行群抄时，手持机或者数据集中器对数据采集器11下发抄表指令时，指令中带有时间，这样在每次采集图片时，都可以对数据采集器11进行校时。 

、设置冻结时间 

冻结时间为：日、时。还有关闭冻结功能，可对数据采集器11进行单独设置或批量设置。

、上下调整图片位置 

通过按键唤醒后，可以通过控制系统3的控制软件来进行图片数据的调整设置，图片位置调整主要是通过上下调整图片位置程序，设置读取图片数据（像素）的像素点起始位置和结束位置，由此设定了采集的图片窗口为320*40，通过调整像素点起始位置和结束位置而剪切确定最恰当的局部（即需要上传的图片部分），减少上传数据量，提高上传数据的准确性。

、无线亮灯 

无线唤醒数据采集器11，数据采集器11内的闪光灯点亮5秒，方便维护时人员进行人工抄表。

、设置采集时间 

可以设置图片采集时间段，参数： 开启日、开启天数、开启时、结束时。

在采集时间段内，数据采集控制模块将4秒进行一次无线监测，其它时间段8秒进行一次无线监测。 

、单抄实时图片 

抄取数据采集器11的当前实时的图片数据，下发采集指令时带有时间，数据采集器11根据时间进行校时。数据采集器11会返回当前状态及图片数据。

、群抄实时图片 

对所有的数据采集器11进行唤醒，数据采集器11被唤醒后间拍取当前字轮图片，保存后等待手持机或数据集中器进行读取。手持机或数据集中器在对数据采集器11下发采集指令中带有时间，方便进行校时处理，数据采集器11收到采集指令后先作回复，在回复指令中附带有当前数据采集器11的状态，然后上传图片数据。

、群抄冻结图片 

手持机或数据集中器对所有数据采集器11进行唤醒。在下发抄取冻结图片指令时，带有时间参数、抄取的冻结月份（抄取哪个月的冻结图片）。数据采集器11接收到指令后先作回复，在回复应答中带有数据采集器11的当前状态，回复完成后进行校时，同时读取对应的冻结图片数据，最后上传图片数据。

1、控制系统3需要对数据采集器11进行图片采集时，将指令下发给数据集中器，数据集中器将对数据采集器11进行唤醒及下发采集指令。 

2、数据采集器11端被唤醒后，等待接收数据指令，当接收到抄取图像指令时，回复应答给数据集中器，表明已经接收到抄表指令，同时在回复应答中带有数据采集器11的当前状态。数据集中器设备等待1秒后如果无任何无线数据，数据集中器设备再次下发抄取图片指令，重发次数可以设定。当表回复应答后将上传图像数据。 

3、数据集中器收到图片数据，按照上传数据中的总帧数连续接收，直到接收完成。 

4、数据集中器收完图片数据后，解析处理，根据帧序号判断是否有丢帧、数据不全情况，如果有，则发送补帧指令要求表补发图像数据，数据采集器11端将需补发的数据上传给数据集中器。 

5、数据集中器接收完成图片数据后将图片数据直接上传给控制系统3，控制系统3将对图片进行数字识别及用户统计。 

6、控制系统3可以进行定时采集设定，当设定采集时间到时，控制系统3将下发定时采集指令，数据集中器将对各个数据采集器11进行唤醒及图片数据收集，收集完成后上传给控制系统3。 

抄表模式暂定为五种： 

单表唤醒、单抄实时唤醒、群抄冻结量唤醒、群抄实时唤醒、群设置唤醒。

1、单表唤醒：对数据采集器11进行单独唤醒，主要用于对数据采集器11进行单独操作。唤醒码为三字节，取数据采集器11通讯号的后4位编号。如通讯号为：1311290123唤醒的唤醒码为：0xff  0x01 0x23。 

2、单抄实时唤醒：抄取单表实时主要用于对单个数据采集器11抄取实时图片数据，当数据采集器11被唤醒后，由于采集图片需要1S左右，所以上位机在收到应答后，等待2秒左右时间才能接收到上传的图片数据。唤醒码为三字节，如通讯号为：1311290123，单抄实时唤醒的唤醒码为：0xaa  0x01 0x23。 

3、群抄冻结量唤醒：所有的数据采集器11在接收到群抄冻结量唤醒后将读取冻结量图片数据，默认为最近月份的冻结量图片数据，数据存储在存储器中。收到抄取冻结量指令后，数据采集器11将根据判断是哪个月的冻结量图片数据，如果要抄取为非最近月份的冻结量图片，数据采集器11将根据对应的月份读取图片数据，完成后将数据上传。群抄冻结量的唤醒码为：0xff  0xff  0ff。 

4、群抄实时唤醒：所有数据采集器11接收到群抄实时唤醒信号后，将进行实时图片采集。采集完成后将图片存储到缓存中，当手持机或数据集中器下发抄取指令后数据采集器11将缓存中的数据上传。群抄实时唤醒码为：0XAA  0XAA  0XAA。 

5、群设置唤醒：当需要对所有的数据采集器11进行设置参数时，唤醒码为：0XBB 0XBB 0XBB。 

按键返回数据。（0xff) 

查询参数指令。（0x01)

设置采集器计编号。（0x04)

修改表采集器计编号。（0x05)

设置采集器计冻结时间。（0x18)

查询采集器计冻结时间。（0x18)

设置采集器计时间。（0x16)

查询采集器计时间。（0x17)

开阀控制。（0x02)

关阀控制。（0x03)

设置采集数据时间。（0x21)

查询采集数据时间。（0x22)

抄取实时图片数据指令。（0x23)

图片数据上传指令。（0x24)

图片数据补帧指令。（0x25)

抄取历史冻结图片数据指令。（0x26)

查询历史记录指令。（0x27)

上下调整图片位置指令。（0x28)由于摄像头114拍到的图片像素为640*480，通过上下调整图片位置程序，可以设置读取图片数据的像素点起始位置和结束位置，上下调整图片位置程序中设置了采集的图片窗口为320*40，因此可以通过设置起始位置来调整截取图片窗口的上下位置。

点亮闪光灯指令。（0x29)点亮闪光灯指令是为了使人能在光线不足的情况下能看清基表的字轮数字。拍照的时候闪光灯作为补光会自动闪亮，不属于该指令。 

本实施例的无线远传摄像抄表方法如下： 

控制系统3发指令给数据集中采集系统，数据集中采集系统将该指令发送至物联网数字图像采集器1的数据采集器11，所述指令包括无线侦测、无线接收、图片采集、无线发送、休眠，数据采集器11接收到该指令后按照指令要求操作，相对应的分别进行无线侦测处理、无线接收处理、图片采集处理、无线发送处理、休眠处理，所述无线侦测处理是指数据采集器11根据无线侦测指令进入无线侦测状态，在接收到数据集中采集系统发来的侦测标志后进入无线接收状态（即进入无线接收处理）；所述无线接收处理是指数据采集器11根据无线接收指令进行接收，在接收不超时且协议正确的情况下进行相应的指令处理；所述图片采集处理是指数据采集器11根据图片采集指令进行摄像头114准备，摄像头114初始化，图片数据采集并保存，摄像头114关闭；所述无线发送处理是指数据采集器11根据无线发送指令将准备好的图片数据发送给数据集中采集系统，然后进入无线发送待机状态；所述休眠处理是指数据采集器11根据休眠指令在数据采集器11空闲时进入休眠状态。

本实施例所述摄像头114准备步骤包括点亮闪光灯，配置微处理器为高频工作模式，摄像头114上电；摄像头114初始化包括配置摄像头114传感器（sensor）寄存器，配置摄像头数据处理（IC）寄存器；所述配置摄像头114传感器寄存器步骤配置采集图片数据（CMOS感光传感器的像素感光区域，即图片数据采集区域）的起始位置和结束位置及感光传感器（即摄像头114）的相关参数，所述配置摄像头114数据处理寄存器步骤配置采集图片数据格式、压缩格式、图片高度和宽度。 

本实施例的好处： 

1.    图像解析出来的数据就是客户当月计量仪表12上所显示的数据，真正做到了计量仪表12上的机械显示和电子显示数据间的零误差；

2.    有自纠错功能，当数据出现异常变化时，管理员可人工核对该异常用户档案中的图像和数据；

3.    数据更具权威性；避免公司和用户之间产生不必要的经济纠纷；

4.    利于燃气公司对各个用户终端节点进行实时管控；

5.利于燃气公司对客户进行网络化、信息化、智能化管理。

Claims (4)

1.一种物联网数字图像采集器，其特征是：所述物联网数字图像采集器由数据采集器和计量仪表组成，所述的数据采集器安装在计量仪表的计数器字轮上，数据采集器包括主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、安装耳座、底板、面罩，数据采集器通过安装耳座卡接在计量仪表上，安装耳座与底板配合连接，主控板、无线发射模块、反射镜、摄像装置、电源、面罩均安装在底板上，控制系统与传输系统无线连接，传输系统与物联网数字图像采集器无线连接，电源与主控板连接，主控板与无线发射模块、摄像装置连接。

2.根据权利要求1所述的物联网数字图像采集器，其特征在于：所述数据采集器两侧均设置有卡槽，固定卡条与卡槽卡接，固定卡条与计数器字轮底部台阶配合。

3.根据权利要求2所述的物联网数字图像采集器，其特征在于：所述卡槽、固定卡条均呈十字形，数据采集器上设置有滑槽，固定卡条的滑槽部与滑槽配合。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的物联网数字图像采集器，其特征在于：所述摄像装置包括摄像头和图像解码器，摄像头的广角为60度，摄像头到计数器字轮的光线距离为8.2～8.6厘米，数据采集器厚度为4.05～4.65厘米，高15.8厘米，宽11.7厘米，摄像头与水平面的夹角在62～68度之间，反射镜与水平面的夹角在49～55度之间。