CN207866309U - 一种基于图像处理的水表自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种基于图像处理的水表自动检测系统，包括水表，水表固定安装在水管上，并通过无线网络连接无线摄像模块，无线摄像模块连接主控芯片，水管内部还固定连接有流量传感器，流量传感器连接主控芯片，主控芯片连接人机交互系统，主控芯片包括算法移植模块、无线通讯模块、复位模块和电源模块，电源模块包括能量转换模块，能量转换模块连接超级电容和蓄电池。本实用新型公开的一种基于图像处理的水表自动检测系统，在其主控芯片上移植图像识别算法模块，在水管内部安装流量传感器，进行流量监测，并且设计一种复合电源解决了自动检测系统的供电充足问题。

Description

一种基于图像处理的水表自动检测系统

技术领域

本实用新型属于智能控制技术领域，涉及一种基于图像处理的水表自动检测系统。

背景技术

水是人类不可或缺的一部分，每个人都需要使用水资源。在农村、城市旧民宅等地理环境复杂的区域中，传统的人工抄表方式，不仅需要耗费大量的人力资源与成本，抄表取得的水表数据还可能出现错误，造成水资源浪费的同时，甚至还会引起用户与自来水公司之间的纠纷。对于供水公司和用户来说，传统的抄表收费方式存在的弊病越来越突出，抄表收费难也成了供水公司经营管理上的问题，而且安装现有集成化的新型自动抄表系统并不适用且不经济，利用图像信息化和模式识别技术实现的自动化获取水表读数的方案，具有投资费用和运作费用低，抄表过程快速、高效、易操作等优点，不仅避免了漏抄、或者抄错数据等影响真实数据的问题，而且解决了因为数据错误而发生的供水公司和其用户之间的纠纷矛盾，同时也解决了安全隐患，其适应现代用户对用水缴费的新需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于图像处理的水表自动检测系统，解决了传统抄表方式存在的漏抄、抄错数据和不方便检测使用水量的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于图像处理的水表自动检测系统，包括水表，水表固定安装在水管上，水表通过无线网络连接无线摄像模块，无线摄像模块连接主控芯片，水管内部还固定安装有流量传感器，流量传感器连接主控芯片，主控芯片连接人机交互系统；

主控芯片包括算法移植模块、无线通讯模块、复位模块和电源模块，电源模块包括能量转换模块，能量转换模块连接超级电容和蓄电池。

本实用新型的其他特点还在于，

能量转换模块包括固定安装在水管内部的发电机，发电机连接储能原件，储能原件连接超级电容和蓄电池。

流量传感器包括叶轮，叶轮固定安装在水管内部，叶轮的轴向与水管的轴向垂直、并且叶轮可绕叶轮的轴线转动，叶轮的轴向一端表面安装有计数转盘，计数转盘表面固接有永磁铁片；流量传感器还包括干簧管A和干簧管B，干簧管A和干簧管B的位置靠近计数转盘。

干簧管A和干簧管B采用MARR-5干簧管，包括两片软磁性材料做成的磁簧片，磁簧片被封装在充有惰性气体的玻璃管中，磁簧片间留有空隙构成常开触点。

人机交互系统包括液晶显示、EEPROM模块、预警模块和手机APP模块。

预警模块采用LED发光二极管。

主控芯片采用单片机STM32F407。

无线通讯模块采用的是USR-GPRS232-7S3的GPRS模块。

本实用新型的有益效果是，一种基于图像处理的水表自动检测系统，在水表自动检测系统的主控芯片上移植图像识别算法模块，通过对字符识别算法软件的嵌入完成了对水表号码字符识别的功能，将水表的图片信息直接进行识别，并在显示模块进行显示与存储，可以使用户在室内清晰地看到自家水表的使用情况，同时主控芯片通过GPRS无线通讯模块将识别出来的数字打包传给供水公司，大大降低了直接传输图片的时间及功耗；同时根据提前设置好的流量阈值进行控制流量传感器的开启，进行流量监测，也可以起到对水管侧漏问题进行异常检测作用，并且设计一种新型电源保证了自动检测系统的供电充足问题。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统中电源模块的结构示意图；

图3是本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统中流量传感器测量原理结构图；

图4是本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统处理图像的算法移植模块结构示意图。

图中，1.主控芯片，2.电源模块，3.复位模块，4.无线通讯模块，5.水管，6.水表，7.无线摄像采集模块，8.流量传感器，9.人机交互系统，10.液晶显示模块，11.EEPROM模块，12.预警模块，13.手机APP，14.算法移植模块，15.能量转换模块，16.发电机，17.储能原件，18.超级电容，19.蓄电池，20.叶轮，21.永磁铁片，22.干簧管A，23.干簧管B，24.图像预处理模块，25.字符区域定位，26.字符分割，27.特征提取，28.字符识别模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其结构示意图见图1，包括水表6，水表6固定安装在水管5上，水表6通过无线网络连接无线摄像模块7，无线摄像模块7连接主控芯片1，水管5内部还固定连接有流量传感器8，流量传感器8连接主控芯片，主控芯片1连接人机交互系统9；

主控芯片1包括算法移植模块14、无线通讯模块4、复位模块3和电源模块2，如图2所示，电源模块2包括能量转换模块15，能量转换模块15连接超级电容18和蓄电池19。

能量转换模块15包括固定安装在水管5内部的发电机16，发电机16连接储能原件17，储能原件17连接超级电容18和蓄电池19。

如图3所示，流量传感器8包括固定安装在水管5内部的叶轮20，叶轮20的轴向与水管5的轴向垂直、同时叶轮20可绕叶轮20的轴线转动，叶轮20的轴向一端表面安装有计数转盘，计数转盘表面固接有永磁铁片21；流量传感器8还包括干簧管A22和干簧管B23，干簧管A22和干簧管B23的位置靠近计数转盘。

人机交互系统9包括液晶显示10、EEPROM模块11、预警模块12和手机APP模块13。

预警模块12采用LED发光二极管。

主控芯片1采用单片机STM32F407。

无线通讯模块4采用的是USR-GPRS232-7S3的GPRS模块。

本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统的工作原理：主控芯片1选取STM32F407为核心器件，具有低功耗，运行速度快等优点。作为STM32平台的新产品，STM32F4系列基于最新的ARMCortexM4内核，在现有的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度。同时对算法的处理性能各个方面也都达到了最优的效果；电源模块2采用蓄电池与超级电容混合供电方案，在能量转换模块15中，水管中嵌入发电机16，通过储能控制，使得发电机所发电为水表系统提供充足的电源供应，并将能源储存在储能原件17中，保证之后为蓄电池19与超级电容18的使用。超级电容18作为储能器件，水流发电机可以为超级电容充电，配合蓄电池的工作，能够延长智能水表系统的工作时间，从而解决因电池所导致的影响因素，此设计也充分体现了节能环保的目的，更加充分对有限资源进行利用；复位模块3用于实现传感器长时间安全运行，倘若出现软硬件问题时，可以及时通过上位机发送复位命令，实现自动复位功能；无线通讯模块4采用的是USR-GPRS232-7S3的GPRS模块，该模块具有透传，无需协议，串口端发送的数据和网络端接收的数据完全一样、使用简单，简单设置就可以实现数据传输、稳定，GPRS模块7S3已经经过无数次测试和各行各业的检验，等诸多优势，可以实现数据信息准确及时的上传；无线摄像采集模块7采用无线网络方法对水表6进行采集水表读数并传至主控芯片1；流量传感器8中，当水流过叶轮20时，叶轮转动，水的流动推动叶轮不断旋转，流量越大，叶轮的转速越高，通过干簧管形成电脉冲信号，主控芯片1统计脉冲数即可计算出当前流量，当永磁铁片21靠近干簧管时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极，当检测到干簧管A22吸合时，先记录下来；再检测干簧管B23，只有检测到干簧管B23吸合后才认为此次采集的计数脉冲有效；人机交互模块11由液晶显示12、EEPROM模块13、预警模块14与手机APP模块15组成，在固定时间周期内将移植识别模块识别之后的数据就地通过I²C总线将数据放在EEPROM存储，并通过串口将数字直接显示在液晶显示模块上，以供用户及时查看，当主控制器检测到流量传感器超过设置的阈值时，向用户发出警报，驱动程序使得LED灯闪烁，用户可以通过手机APP 13远程操控，当水流量非正常流量导致的时候，供水公司可以通过短信提醒用户，用户可以在手机APP上面关闭阀门，避免不必要的损失及危险情况发生。

算法移植模块14负责图像识别，如图4所示，图像识别算法模块封装为动态链接库，供主控芯片调用。主要包括图像预处理模块24，字符区域定位模块25，字符分割模块26，特征提取模块27和字符识别模块28。图像预处理模块24将采集传来的图像进行灰度化、去燥、图像增强、二值化、及形态学处理一系列的预处理之后，字符区域定位模块25定位出水表读数区域，字符分割模块26将有效的区域进行分割，裁出特定的部分，特征提取模块27将区域内数字特征提取出来，字符识别模块28将提取的特征通过算法进行识别最终传输给人机交互系统9，人机交互系统9通过液晶显示模块10的将图片中的数字显示出来。

本实用新型的一种基于图像处理的水表自动检测系统操作方法如下：在蓄电池19与超级电容18混合供电方式下，主控芯片1会根据内部设定好的采样时间，对无线摄像采集模块7发送采样指令，主控芯片1控制无线摄像采集模块7进行水表6图片的采集，采集来的图片通过算法移植模块14进行图像的识别，识别出来的水表数字，一方面通过GPRS无线通讯模块4传于上位机供水公司进行录入，另一方面通过主控芯片1控制数据显示模块，将数字通过串口传输给液晶显示模块10，将数字显示在液晶模块上面，同时采用I2C总线存储到EEPROM模块11中，进行掉电保护；同时，主控芯片1会根据内部设定好的采样时间，对流量传感器8发送采样指令，流量传感器8对一小时内的用水量进行实时采集并监测，采集来的流量数据存储于EEPROM模块11中，将实时监测的数据与主控芯片1提前设置的阈值进行比较，若发现在一小时内连续大量用水，则主控芯片1启动人机交互系统9中的预警模块12，向用户发出警报，驱动程序使得LED灯闪烁，同时手机APP13也会接到警报提示短信，如果用户不在水表使用范围内，则可以通过手机APP进行水管流量的关闭功能，可以起到对水管侧漏问题进行异常检测作用。

Claims (8)

1.一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，包括水表(6)，水表(6)固定安装在水管(5)上，水表(6)通过无线网络连接无线摄像模块(7)，所述无线摄像模块(7)连接主控芯片(1)，所述水管(5)内部还固定安装有流量传感器(8)，所述流量传感器(8)连接所述主控芯片(1)，所述主控芯片(1)连接人机交互系统(9)；

所述主控芯片(1)包括算法移植模块(14)、无线通讯模块(4)、复位模块(3)和电源模块(2)，所述电源模块(2)包括能量转换模块(15)，所述能量转换模块(15)连接超级电容(18)和蓄电池(19)。

2.如权利要求1所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述能量转换模块(15)包括固定安装在所述水管(5)内部的发电机(16)，所述发电机(16)连接储能原件(17)，所述储能原件(17)连接超级电容(18)和蓄电池(19)。

3.如权利要求1所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述流量传感器(8)包括叶轮(20)，所述叶轮(20)固定安装在所述水管(5)内部，所述叶轮(20)的轴向与所述水管(5)的轴向垂直、并且叶轮(20)可绕叶轮(20)的轴线转动，所述叶轮(20)的轴向一端表面安装有计数转盘，所述计数转盘表面固接有永磁铁片(21)；所述流量传感器(8)还包括干簧管A(22)和干簧管B(23)，所述干簧管A(22)和干簧管B(23)的位置靠近所述计数转盘。

4.如权利要求3所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述干簧管A(22)和干簧管B(23)采用MARR-5干簧管，包括两片软磁性材料做成的磁簧片，所述磁簧片被封装在充有惰性气体的玻璃管中，所述磁簧片间留有空隙构成常开触点。

5.如权利要求1所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述人机交互系统(9)包括液晶显示(10)、EEPROM模块(11)、预警模块(12)和手机APP模块(13)。

6.如权利要求5所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述预警模块(12)采用LED发光二极管。

7.如权利要求1所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述主控芯片(1)采用单片机STM32F407。

8.如权利要求1所述的一种基于图像处理的水表自动检测系统，其特征在于，所述无线通讯模块(4)采用的是USR-GPRS232-7S3的GPRS模块。