CN207440999U - 基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统 - Google Patents
基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于NB‑IoT及视觉识别的无线抄表系统，其功耗低，体验好，易于管理和安装；能够实现可靠便捷的无线抄表功能。本实用新型包含对应每个计量表的节点端；还包含与所有节点端通讯的集中器端；所述节点端包括：MCU控制模块，摄像头模块，短距离无线通信模块，电源供电模块，电源管理模块，智能补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；所述集中器端包含与服务器平台相连接的客户端、无线通信模块、电源供电模块、电源管理模块、短距离无线通信模块、MCU控制模块；所述集中器端的无线通信模块与服务器平台无线连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线抄表系统，具体涉及一种基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统。
背景技术
目前，一些传统的机械式表，每隔固定时间需要人员上门抄表，增加了管理人员的成本和时间。NB-IoT&视觉识别技术的无线抄表系统可实现远程抄表，极大地简便了管理人员的工作。
现有的一些无线IC抄表装置虽然可以实时采集数据并远程传输，但无线抄表装置需要和机械计量表的读数盘指针或齿轮组的某个位置安装传感元件，将计量表的机械读数转换成电信号数据，这就需要IC抄表装置和机械计量表内部部件连接组合，使得用户增加无线抄表装置时，必须得替换掉原先机械计量表装置，大大加大了用户使用成本，增加了额外的替换劳作时间，极为不便，用户体验差。GPRS无线模块总体功耗较大，信号强度低，覆盖范围低，使用场景受限，致使系统使用周期变短。这就需要一种便捷安装、采集机械计量数据信息和低功耗无线传输的系统方案。
现有的一些无线抄表系统没有电源管理系统，致使抄表终端各模块一直处于待机状态，功耗较大，大大缩短了终端系统使用周期，增加了用户人员维护成本。这就需要一种优秀的电源管理系统来降低每个节点不必要的电能损失。
针对不同的用户群体，对抄表的时间间隔要求不同，为了满足不同用户需求，需要一种具有服务器端的客户端通过NB-IoT可重配置MCU内部RTC寄存器定时时间的功能。
在一些光线比较暗和需要半面积透明材质外壳完全封闭的抄表系统的环境中。若没有智能补光辅助摄像头模组采集机械式表计量数据的图像，可能会因为无线抄表周围没有光线导致无法捕捉到有效的图像，或者在有光线的终端所在空间光线可以通过半面积透明外壳进入摄像头模组镜头周边，此时系统终端却每次采集图像都需打开补光设备增加系统功耗。这就需要一种具有智能补光功能的模块进行辅助补光。
在一些抄表场景中，有时很多个计量表近距离集中安装在一起，如果每个计量表都单独安装远程无线传输装置，那么这将增大服务器端的管理和接收数据难度，并且每个远程无线传输装置都需要有一个SIM卡，传输数据需要付费，增加了用户使用和维护成本。这就需要一种具有集中式抄表之后远程发送数据的功能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其功耗低，体验好，易于管理和安装；能够实现可靠便捷的无线抄表功能。
具体的，本实用新型公开了基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，用于采集计量表的数据信息，包含对应每个计量表的节点端；还包含与所有节点端通讯的集中器端；所述节点端包括：MCU控制模块，摄像头模块，短距离无线通信模块，电源供电模块，电源管理模块，智能补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；所述集中器端包含与服务器平台相连接的客户端、无线通信模块、电源供电模块、电源管理模块、短距离无线通信模块、MCU控制模块；所述集中器端的无线通信模块与服务器平台无线连接；半面积透明材质一体化封闭外壳是指一体化的外壳且包含至少一半的面积为透明的结构，这样能够可靠采集到光照度。
所有节点端均通过短距离无线通信模块与集中器端的短距离无线通信模块通信连接；所述无线通信模块包含NB-IoT模块。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述无线通信模块还包含GPRS模块；所述GPRS模块与服务器平台相连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述智能补光模块包含闪光灯模块；外壳内部设置有光敏电阻，光敏电阻与节点端的MCU控制模块连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式：节点端的电源管理模块中的两个三极管分别与短距离无线通信模块和摄像头模块电源连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述摄像头模块通过DVP接口与节点端的所述MCU控制模块连接；摄像头模块正对所述计量表的数据显示区域；
所述集中器端的MCU控制模块和无线通信模块通过RS232接口相连接，节点端的MCU控制模块包含通过I2C总线配置摄像头模块的摄像头寄存器，节点端的MCU控制模块通过DVP接口来接收摄像头模块输出的压缩图像数据。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述节点端和集中器端的短距离无线通信模块包括2.4G无线模块或WIFI模块或ZigBee模块或蓝牙模块。
作为本实用新型的一种优选实施方式：节点端包含高清低照度200万像素摄像头模块、STM32F303RET6主控模块、4.2V锂电池电源供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、智能补光模块。所述集中器端包含STM32F103RET6主控模块、4.2V锂电池供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、NB-IoT无线模块。
所述摄像头镜头表面至计量表表面距离为36mm～48mm。
作为本实用新型的一种优选实施方式：电源供电模块内有6节5号一次性电池，并有4.2V线性转到3.3V电压功能，其中一个开关三极管电流承受值为3A，另一个开关三极管电流承受值为1A，还包含后备电池，后备电池为纽扣形可充电锂电池。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
本实用新型公开的技术方案，使用的NB-IoT无线通信方案，无线信号强度高，覆盖极广/深，超低功耗，产品使用周期极长，解决了使用场景受限的问题，使得本产品可广泛使用在消防、医疗、水厂、智能家居、农业、环保等行业。采用视觉识别的技术直接获取计量表的计量数据信息，减少了不必要的安装成本和时间，提高了用户体验。采用具有上位机通过服务器和NB-IoT可重配置MCU内部RTC寄存器定时时间的功能，灵活根据用户所实际需要调整定时时间。采用具有电源管理功能的模块降低系统终端待机时不必要的功耗来延长本系统终端使用周期。采用具有补光功能的模块提高了摄像头模组在黑暗环境下捕获的图像的清晰度，解决了不必要的闪光灯开启来降低功耗。采用集中式抄表的方案减少了用户使用和维护成本，降低了管理难度。
附图说明
图1为本实用新型的节点端示意图。
图2为本实用新型的集中器端示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
如图1和图2所示，其示出了本实用新型的具体实施例；如图所示，本实用新型公开的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其用于解决现有技术中功耗高、安装不便、用户体验差、无智能补光功能、使用场景受限、数据传输成本高、管理难度大的问题。
具体的，本实用新型包括：MCU控制模块，摄像头模块，短距离无线通信模块，电源供电模块，电源管理模块，无线通信模块，智能补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳，与服务器平台相连接的客户端。
本实用新型中，各个节点端的MCU控制模块复位后，初始化其RTC定时器开始计数，同时通过控制电源管理模块中的两个三极管导通短距离无线通信模块和摄像头模块电源，并配置和检测这两个模块。
本实用新型中，各个节点端的MCU控制模块在给摄像头模块发送拍照命令之前，先检测此时外壳内的光强度，根据光强度判断摄像头模块拍照时是否需要开启智能补光模块的闪光灯补光，再拍摄计量表计量数据信息，然后摄像头模块把拍摄的RGB格式的图像数据经由DVP接口发送至MCU；
本实用新型中，各个节点端的MCU控制模块在接收到图像数据后，对其进行算法处理，提取到计量数据。本实用新型中，当各个节点端的MCU控制模块在接收到集中器端发送来的检测信息时，产生应答，并按照一定顺序依次把提取到的计量数据通过短距离无线通信模块发送到集中器端。如果接收到集中器端的MCU控制模块发送的定时时间周期时，立即设置其内部RTC寄存器的定时时间周期；然后等待并接收集中器端发送的准备开始进入待机模式的信息后，通过控制电源管理模块中的两个三极管依次切断短距离无线通信模块和摄像头模块电源。本实用新型中，当各个节点端的MCU控制模块接收到进入待机模式命令后，进入超低功耗待机模式，其内部RTC在后备电池供电下和外部晶振作用下继续工作计数。本实用新型中，当各个节点端的MCU工作状态在待机模式时，RTC计数达到所设定时间周期时，产生中断，此时MCU被唤醒，系统复位。
本实用新型中，当数据集中器端的MCU控制模块复位后，初始化其RTC定时器开始计数，同时通过控制电源管理模块中的两个三极管导通短距离无线通信模块和无线模块电源，并配置和检测两个无线模块。然后和各个采集节点端通过短距离无线通信模块通信确认其处于正常工作状态并等待其全部完成数据采集和处理。确认完成后，数据集中器端依次接收各个采集节点端采集处理后的计量数据。接收完成后，返回接收成功信息到各个节点端。
本实用新型中，当集中器端全部接收完各个节点传输的数据后，无线模块用于将储存在MCU控制模块内的计量数据发送到与服务器相连的客户端，当MCU接收到客户端返回接收成功的信息后，通过短距离无线通信模块发送命令到各个节点端，通知其准备开始进入待机模式。如果MCU在接收到客户端通过服务器平台发送的定时时间周期时，立即设置其内部RTC寄存器的定时时间周期，同时把定时时间信息发送给各个节点端。本实用新型中，当集中器端的MCU控制模块成功发送数据后，依次通过控制电源管理模块切断短距离无线通信模块和无线模块电源，之后进入超低功耗待机模式，其内部RTC在后备电池供电下和外部晶振作用下开始工作计数。本实用新型中，当集中器端的MCU工作状态在待机模式时，RTC计数达到所设定时间周期时，产生中断，此时MCU被唤醒，系统复位。
在一些优选实施例中，本实用新型的无线模块进一步包括GPRS模块或NB-IoT模块，所述GPRS模块与服务器平台相连接。
在一些优选实施例中，本实用新型的短距离无线通信模块进一步包括2.4G无线模块或WIFI模块或ZigBee模块或蓝牙模块。
综上，本实用新型所使用的NB-IoT无线通信方案，无线信号强度高，覆盖极广/深，超低功耗，产品使用周期极长，解决了使用场景受限的问题，使得本产品可广泛使用在消防、医疗、水厂、智能家居、农业、环保等行业。采用视觉识别的技术直接获取计量表的计量数据信息，减少了不必要的安装成本和时间，提高了用户体验。采用具有上位机通过服务器和NB-IoT可重配置MCU内部RTC寄存器定时时间的功能，灵活根据用户所实际需要调整定时时间。采用具有电源管理功能的模块降低系统终端待机时不必要的电能消耗来延长本系统终端使用周期。采用具有补光功能的模块提高了摄像头模组在黑暗环境下捕获的图像的清晰度，解决了不必要的闪光灯开启来降低功耗。采用集中式抄表的方案减少了用户使用和维护成本，降低了管理难度。
在一些具体实施例中，如图1所示，本实用新的节点端包含高清低照度200万像素摄像头模块、STM32F303RET6主控模块、一次性5号电池供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、智能补光模块。如图2所示，本实用新型的集中器端包含STM32F103RET6主控模块、4.2V锂电池供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、NB-IoT无线模块。
在本实施例中，所述节点端将采集计量表数据图像信息，然后进行图像处理，提取到计量数据后通过2.4G无线通信模块发送至集中器端。具体实施时，所述摄像头镜头表面至计量表表面距离为36mm～48mm，使摄像头模组采集到的图像的清晰度和图像中的数字大小相对合适；在具体实施时，各个节点端的STM32F103RET6复位后，初始化其RTC定时器开始计数，通过控制电源管理模块中的两个三极管导通2.4G无线通信模块和摄像头模块电源，并配置和检测这两个模块。在具体实施时，节点端的STM32F103RET6在给摄像头发送拍照命令之前，先通过光敏电阻检测此时外壳内的光强度，根据光强度判断摄像头模组拍照时是否需要开启智能补光模块的闪光灯补光，再拍摄计量表计量数据信息，然后摄像头把拍摄的RGB格式的图像数据经由DVP接口发送至STM32F103RET6；在具体实施时，所述系统节点端的STM32F103RET6在接收到为RGB565图像格式的数据后，对其进行算法处理，算法涉及图像二值化，中值滤波，倾斜度调整，字符分割，归一化，BP网络数字识别，提取到计量数据。在具体实施时，当各个节点端的STM32F103RET6在接收到集中器端发送来的检测信息时，产生应答，并按照一定顺序依次把提取到的计量数据通过2.4G无线通信模块发送到集中器端。如果接收到集中器端STM32F103RET6发送的定时时间周期时，立即重新设置其内部RTC寄存器的定时时间周期，然后等待并接收集中器端发送的准备开始进入待机模式的信息后，通过控制电源管理模块中的两个三极管依次切断2.4G无线通信模块和摄像头模块电源。在具体实施时，当各个节点端的STM32F103RET6接收到进入待机模式命令后，进入超低功耗待机模式，其内部RTC在后备电池供电下和外部晶振作用下继续工作计数。在具体实施时，所述系统当各个节点端的STM32F103RET6工作状态在待机模式时，RTC计数达到所设定时间周期时，产生中断，此时STM32F103RET6被唤醒，系统复位。在具体实施时，所述系统电源模块内有6节5号一次性电池，并有4.2V线性转到3.3V电压功能，其中一个开关三极管电流承受值为3A，另一个开关三极管电流承受值为1A，后备电池为纽扣形可充电锂电池。在具体实施时，所述系统短距离无线通信模块进一步包括2.4G无线模块或WIFI模块或ZigBee模块或蓝牙模块。
在本实施例中，所述集中器端将通过2.4G无线通信模块接收各个节点端采集并处理后的计量数据，然后通过NB-IoT无线模块把集中的数据发送到与服务器相连的客户端。
在具体实施时，当数据集中器端的STM32F103RET6复位后，初始化其RTC定时器开始计数，同时通过控制电源管理模块中的两个三极管导通2.4G无线通信模块和NB-IoT无线模块电源，并配置和检测两个无线模块。然后和各个采集节点端通过2.4G无线模块通信确认其处于正常工作状态和等待其全部完成数据采集和处理。确认完成后，数据集中器端依次接收各个采集节点端采集处理后的计量数据。接收完成后，返回接收成功信息到各个节点端。
在具体实施时，当集中器端全部接收完各个节点传输的数据后，NB-IoT无线模块用于将储存在STM32F103RET6内的计量数据发送到与服务器相连的客户端，当STM32F103RET6接收到客户端返回接收成功的信息后，通过2.4G无线通信模块发送命令到各个节点端，通知其准备开始进入待机模式。如果STM32F103RET6在接收到客户端通过服务器平台发送的定时时间周期时，立即设置其内部RTC寄存器的定时时间周期；
在具体实施时，当集中器端的MCU成功发送数据后，依次通过控制电源管理模块切断短距离无线通信模块和无线模块电源，之后进入超低功耗待机模式，其内部RTC在后备电池供电下和外部晶振作用下继续工作计数。
在具体实施时，当集中器端的STM32F103RET6工作状态在待机模式时，RTC计数达到所设定时间周期时，产生中断，此时STM32F103RET6被唤醒，系统复位。
在具体实施时，所述系统电源模块内4.2V锂电池供电模块，并有4.2V线性转到3.3V电压功能，其中一个开关三极管电流承受值为3A，另一个开关三极管电流承受值为1A，后备电池为纽扣形可充电锂电池。
在具体实施时，无线模块进一步包括GPRS模块或NB-IoT模块，所述NB-IoT模块与服务器平台相连接。
在具体实施时，短距离无线通信模块进一步包括2.4G无线模块或WIFI模块或ZigBee模块或蓝牙模块。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，用于采集计量表的数据信息，其特征在于：包含对应每个计量表的节点端；还包含与所有节点端通讯的集中器端；所述节点端包括：MCU控制模块，摄像头模块，短距离无线通信模块，电源供电模块，电源管理模块，智能补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；所述集中器端包含与服务器平台相连接的客户端、无线通信模块、电源供电模块、电源管理模块、短距离无线通信模块、MCU控制模块；所述集中器端的无线通信模块与服务器平台无线连接；
所有节点端均通过短距离无线通信模块与集中器端的短距离无线通信模块通信连接；所述无线通信模块包含NB-IoT模块。
2.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：所述无线通信模块还包含GPRS模块；所述GPRS模块与服务器平台相连接。
3.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：所述智能补光模块包含闪光灯模块；外壳内部设置有光敏电阻，光敏电阻与节点端的MCU控制模块连接。
4.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：节点端的电源管理模块中的两个三极管分别与短距离无线通信模块和摄像头模块电源连接。
5.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：所述摄像头模块通过DVP接口与节点端的所述MCU控制模块连接；摄像头模块正对所述计量表的数据显示区域；
所述集中器端的MCU控制模块和无线通信模块通过RS232接口相连接，节点端的MCU控制模块包含通过I2C总线配置摄像头模块的摄像头寄存器， 节点端的MCU控制模块通过DVP接口来接收摄像头模块输出的压缩图像数据。
6.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：所述节点端和集中器端的短距离无线通信模块包括2.4G无线模块或WIFI模块或ZigBee模块或蓝牙模块。
7.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：节点端包含高清低照度200万像素摄像头模块、STM32F303RET6主控模块、4.2V锂电池电源供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、智能补光模块；所述集中器端包含STM32F103RET6主控模块、4.2V锂电池供电模块、2.4G无线通信模块、开关三极管电源管理模块、NB-IoT无线模块；
所述摄像头镜头表面至计量表表面距离为36mm～48mm。
8.如权利要求7所述的基于NB-IoT及视觉识别的无线抄表系统，其特征在于：电源供电模块内有6节5号一次性电池，并有4.2V线性转到3.3V电压功能，其中一个开关三极管电流承受值为3A，另一个开关三极管电流承受值为1A，还包含后备电池，后备电池为纽扣形可充电锂电池。
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|---|---|---|---|---|
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| CN110944158A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-31 | 深圳市北电仪表有限公司 | 一种智能蓝牙-nb摄像表系统 |
| CN111130207A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-05-08 | 深圳市欣蜀深科技发展有限公司 | 一种应急电源系统 |
| CN111968358A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-20 | 惠州市智源物联科技有限公司 | 一种基于窄带物联网的抄表系统及抄表方法 |
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| CN111130207A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-05-08 | 深圳市欣蜀深科技发展有限公司 | 一种应急电源系统 |
| CN110944158A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-31 | 深圳市北电仪表有限公司 | 一种智能蓝牙-nb摄像表系统 |
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