CN208027552U - 基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于NB‑IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，其包含MCU控制模块，摄像头模块，短无线NB‑IoT通信模块，电源供电模块，电源管理模块，补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；还包含通过所述无线NB‑IoT通信模块进行无线连接的服务器；服务器连接有上位机和客户端；所述智能补光模块包含0.5W闪光灯；外壳内部设置有光敏电阻，光敏电阻与MCU控制模块连接；电源管理模块中的两个三极管分别与无线NB‑IoT通信模块和摄像头模块电源连接；电源供电模块由6节5号一次性电池作为电源，并有4.2V线性转到3.3V电压功能。

Description

基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统

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及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统。

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、低成本的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，需要一种与服务器端连接的上位机通过NB-IoT无线模块可重配置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。

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及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，其功耗低，体验好，具备补光功能，使用场景更加广泛；能够实现可靠便捷的无线抄表功能。

具体的，本实用新型公开基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，用于采集计量表的数据信息，包含MCU控制模块，摄像头模块，短无线NB-IoT通信模块，电源供电模块，电源管理模块，补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；还包含通过所述无线NB-IoT通信模块进行无线连接的服务器；服务器连接有上位机和客户端；

所述补光模块包含0.5W闪光灯；外壳内部设置有光敏电阻，光敏电阻与 MCU控制模块连接；电源管理模块中的两个三极管分别与无线NB-IoT通信模块和摄像头模块电源连接；

电源供电模块由6节5号一次性电池作为电源，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。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。

作为本实用新型的一种优选实施方式：还包含GPRS模块；所述GPRS模块与服务器相连接。

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；MCU控制模块和无线NB-IoT通信模块通过RS232接口相连接，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，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：所述摄像头模块为高清低照度200 万像素摄像头模块、所述MCU控制模块为STM32F303RET6主控模块、所述电源供电模块为6节5号一次性电池模块、所述电源管理模块为开关三极管电源管理模块；

所述摄像头模块的镜头表面至计量表表面距离为36mm～48mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

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。

附图说明

图1为本实用新型的节点端示意图。

附图标记说明：

1-电源供电模块，2-电源管理模块，3-摄像头模块，4-MCU控制模块，5- 补光模块，6-无线NB-IoT通信模块，7-后备电池，8-服务器，9-客户端。

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及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，用于解决现有技术中的无线抄表系统的功耗高、安装不便、用户体验差、无智能补光功能、使用场景受限的问题。

本实用新型公开的基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统包括：MCU控制模块4，摄像头模块3，电源供电模块1，电源管理模块2，无线NB-IoT通信模块6，补光模块5，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；

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闪光灯补光，再拍摄计量表计量数据信息，然后摄像头模块自动把拍摄的图像数据压缩，经由DVP接口发送至MCU；无线NB-IoT通信模块用于将储存在MCU控制模块内的图像数据发送到与服务器相连的上位机；当MCU控制模块通过无线NB-IoT模块发送完图像数据，并且接收到上位机通过服务器平台返回接收成功的信息后，MCU 控制模块通过IO控制电源管理模块中的两个开关三极管，依次切断摄像头模块和无线NB-IoT模块的总电源，然后MCU控制模块此时开始进入超低功耗待机模式，其内部RTC在后备电池供电下开始工作计数；当MCU控制模块在发送完图像数据之后接收到上位机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；当MCU控制模块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控制模块被唤醒，系统复位，首先通过IO控制2个三极管依次导通摄像头模块和无线NB-IoT模块总电源，开始检测并配置无线模块和摄像模组，然后进行一次图像采集；当服务器平台端的上位机接收到压缩图像数据时，开始进行解压图像数据，然后经过一些图像算法处理，提取到计量数据，在客户端进行显示和监测。

本实用新型中，MCU控制模块和无线模块通过UART接口相连接，MCU 主控模块通过I2C总线配置摄像头寄存器，MCU主控模块通过DVP接口来接收摄像头模组输出的压缩图像数据；

本实用新型进一步包括GPRS模块，所述GPRS模块与服务器平台相连接。

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控制模块内部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。

如图1所示本实用新型的优选实施例中，包含高清低照度200万像素摄像头模组、STM32F103RET6主控模块、一次性5号电池供电模块、NB-IoT无线模块、开关三极管电源管理模块、补光模块、与服务器平台相连接的客户端。

所述摄像头模组用于拍照采集计量表计量数据信息。

具体实施时，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；

具体实施时，当STM32F103RET6主控模块进入复位状态，完成初始化， MCU控制模块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闪光灯补光，通过 I2C总线配置摄像头寄存器，之后摄像头模组就拍照一次，并把压缩后的JPEG 图像数据通过DVP接口依次发送给STM32F103RET6主控模块。

在本实施例中，所述STM32F103RET6主控模块当完成对NB-IoT无线模块设置和状态检测后，调用摄像头模组拍照一次，存储摄像头传输回来的图像数据，然后通过NB-IoT无线模块发送到服务器平台端的上位机，发送完成之后切断摄像头模块和NB-IoT无线模块的电源，然后在后备锂电池供电下进入待机模式。

具体实施时，当STM32F103RET6主控模块接收到上位机通过服务器平台发送到NB-IoT无线模块的定时时间周期信息时，对其内部RTC相关寄存器设置，使得STM32F103RET6主控模块定时周期达到预期设定；

具体实施时，STM32F103RET6主控模块发送完图像数据后，MCU通过IO 控制电源管理模块中的两个开关三极管，依次切断摄像头模块和无线模块的总电源，进入待机模式，外部电源被切断，此时内部RTC在后备锂电池供电和外部晶振的作用下开始从零计数至设定时间，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，开始检测并配置无线模块和摄像模组，然后进行一次图像采集，如此循环工作。

在本实施例中，所述NB-IoT模块主要负责发送摄像头模组采集到的图像数据，接收服务器平台的上位机返回的指令。

具体实施时，所述系统包括使用GPRS模块或者NB-IoT模块并与服务器平台相连接的客户端；

在本实施例中，所述系统在服务器接收到NB-IoT模块发送来的JPEG压缩图像数据后，先解压，然后进行图像处理，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。然后把图像处理后的计量数字提取出来，客户端进行显示和监测。

在本实施例中，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。

在本实施例中，补光模块由0.5W闪光灯和光敏电阻等组成。

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 (4)

1.基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，用于采集计量表的数据信息，其特征在于：包含MCU控制模块，摄像头模块，短无线NB-IoT通信模块，电源供电模块，电源管理模块，补光模块，半面积透明材质一体化封闭外壳；还包含通过所述无线NB-IoT通信模块进行无线连接的服务器；服务器连接有上位机和客户端；

所述补光模块包含0.5W闪光灯；外壳内部设置有光敏电阻，光敏电阻与MCU控制模块连接；电源管理模块中的两个三极管分别与无线NB-IoT通信模块和摄像头模块电源连接；

电源供电模块由6节5号一次性电池作为电源，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。

2.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，其特征在于：还包含GPRS模块；所述GPRS模块与服务器相连接。

3.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，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；MCU控制模块和无线NB-IoT通信模块通过RS232接口相连接，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，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。

4.如权利要求1所述的基于NB-IoT及视觉识别的具有智能补光功能的无线抄表系统，其特征在于：所述摄像头模块为高清低照度200万像素摄像头模块、所述MCU控制模块为STM32F303RET6主控模块、所述电源供电模块为6节5号一次性电池模块、所述电源管理模块为开关三极管电源管理模块；

所述摄像头模块的镜头表面至计量表表面距离为36mm～48mm。