CN209120352U - 摄像直读无线远传抄表系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种摄像直读无线远传抄表系统。包括若干终端节点单元、与所述终端节点单元通信的中心节点单元；终端节点单元包括第一微控制器、数字信号处理器、摄像模块、第一无线通信模块、LED补光灯模块、第一电源模块，所述第一微控制器与所述第一无线通信模块、数据信号处理器连接，所述数字信号处理器还与所述摄像模块、LED补光灯模块连接；所述中心节点单元包括第二微控制器、第二无线通信模块、GPRS通信模块、第二电源模块，所述第二微控制器与所述第二无线通信模块、GPRS通信模块连接。本实用新型系统工作稳定，硬件成本低，施工简单，抄表成功率99%以上；具有广阔的市场和应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种摄像直读无线远传抄表系统。
背景技术
传统随着物联网技术、电子技术、通信技术的发展，各式各样的新型远传抄表系统涌现出来。目前我国的水表抄收方式主要有传统的人工抄表方式、现场自动抄表、预付费抄表、远程有线抄表、远程无线自动抄表。存在的主要问题就是水表作为法制计量仪器，表盘显示的数值就是实际使用的数值，目前实现远程抄表系统的基表大部分是改造现有的水表，通过脉冲技术实现计量，因而容易受到磁干扰，可靠性低，数据有误之后的维护工作量大。
针对以上问题，本申请设计了一种基于表盘摄像直读无线远传抄表系统，该系统利用DSP芯片对水表表盘读数进行摄像和图像压缩处理后，通过LoRa窄带物联网终端节点把压缩的图像数据上传到中心节点，中心节点通过GPRS网络将水表的读数图像数据上传到服务器，在服务器完成对表盘图像数据的识别和分类管理。与目前存在的抄表技术中数据采集和传输方式比较，该系统采用结构简单的星型组网方式、摄像直读计量查抄准确、本地组网采用LoRa扩频技术具有低功耗、传输距离远、系统整体兼容性强等优点。系统具有很广阔的市场和应用前景 。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种摄像直读无线远传抄表系统，该系统工作稳定，硬件成本低，施工简单，抄表成功率99%以上；具有广阔的市场和应用前景。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种摄像直读无线远传抄表系统，包括若干终端节点单元、与所述终端节点单元通信的中心节点单元；
所述终端节点单元包括第一微控制器、数字信号处理器、摄像模块、第一无线通信模块、LED补光灯模块、以及用于为整个终端节点单元供电的第一电源模块，所述第一微控制器与所述第一无线通信模块、数据信号处理器连接，所述数字信号处理器还与所述摄像模块、LED补光灯模块连接；
所述中心节点单元包括第二微控制器、第二无线通信模块、GPRS通信模块、以及用于为整个中心节点单元供电的第二电源模块，所述第二微控制器与所述第二无线通信模块、GPRS通信模块连接。
在本实用新型一实施例中，还包括一与所述中心节点单元通信的服务器。
在本实用新型一实施例中，所述终端节点单元还包括一与所述数字信号处理器连接的第一Flash存储模块；所述中心节点单元还包括一与所述第二微控制器的第二Flash存储模块；所述第一Flash存储模块、第二Flash存储模块均采用AT45DB641E存储器芯片。
在本实用新型一实施例中，所述第一微控制器、第二微控制器均采用PIC24FJ128芯片。
在本实用新型一实施例中，所述第一无线通信模块、第一无线通信模块均为LoRa无线通信模块。
在本实用新型一实施例中，所述数字信号处理器采用ADSP-BF592芯片。
在本实用新型一实施例中，所述摄像模块采用OV9650芯片。
在本实用新型一实施例中，所述第GPRS通信模块为M35 GSM/GPRS通信模块。
在本实用新型一实施例中，所述第一电源模块包括7.2V锂电池组、第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块、第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块，其中，第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块将7.2V锂电池组输出电压稳压至3.3V分别为第一微控制器、第一无线通信模块供电，第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块将7.2V锂电池组输出电压分别稳压至1.3V、3.3V供给数字信号处理器。
在本实用新型一实施例中，所述第二电源模块包括DC电源、第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块、第三MP1471电源模块，其中，第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块将DC电源输出电压稳压至3.3V分别为第二微控制器、第二无线通信模块供电，第三MP1471电源模块将DC电源输出电压稳压至4V供给GPRS通信模块。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型系统工作稳定，硬件成本低，施工简单，抄表成功率99%以上；具有广阔的市场和应用前景。
附图说明
图1是本实用新型系统结构框图。
图2是本实用新型终端节点硬件原理图。
图3是本实用新型ADSP-BF592处理器接口原理图。
图4是本实用新型PIC微控制器原理图。
图5是本实用新型LoRa模组的硬件电路原理图。
图6是本实用新型电源模块电路原理图。
图7是本实用新型中心节点硬件原理图。
图8是本实用新型闪存模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
本实用新型提供了一种摄像直读无线远传抄表系统，包括若干终端节点单元、与所述终端节点单元通信的中心节点单元；
所述终端节点单元包括第一微控制器、数字信号处理器、摄像模块、第一无线通信模块、LED补光灯模块、以及用于为整个终端节点单元供电的第一电源模块，所述第一微控制器与所述第一无线通信模块、数据信号处理器连接，所述数字信号处理器还与所述摄像模块、LED补光灯模块连接；
所述中心节点单元包括第二微控制器、第二无线通信模块、GPRS通信模块、以及用于为整个中心节点单元供电的第二电源模块，所述第二微控制器与所述第二无线通信模块、GPRS通信模块连接；
还包括一与所述中心节点单元通信的服务器。
所述终端节点单元还包括一与所述数字信号处理器连接的第一Flash存储模块；所述中心节点单元还包括一与所述第二微控制器的第二Flash存储模块；所述第一Flash存储模块、第二Flash存储模块均采用AT45DB641E存储器芯片。所述第一微控制器、第二微控制器均采用PIC24FJ128芯片。所述第一无线通信模块、第一无线通信模块均为LoRa无线通信模块。所述数字信号处理器采用ADSP-BF592芯片。所述摄像模块采用OV9650芯片。所述第GPRS通信模块为M35 GSM/GPRS通信模块。所述第一电源模块包括7.2V锂电池组、第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块、第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块，其中，第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块将7.2V锂电池组输出电压稳压至3.3V分别为第一微控制器、第一无线通信模块供电，第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块将7.2V锂电池组输出电压分别稳压至1.3V、3.3V供给数字信号处理器。所述第二电源模块包括DC电源、第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块、第三MP1471电源模块，其中，第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块将DC电源输出电压稳压至3.3V分别为第二微控制器、第二无线通信模块供电，第三MP1471电源模块将DC电源输出电压稳压至4V供给GPRS通信模块。
以下为本实用新型的具体实现过程。
本实用新型的摄像直读无线远传抄表系统，其结构如图1所示：
系统主要有终端节点、中心节点、服务器三部分构成。其中终端节点利用CMOS摄像模组OV9650对机械式水表上的表盘信息拍摄图像，采用基于ADSP-BF592数字信号处理器对图像进行压缩，考虑到减少硬件成本，终端节点采用电池供电和系统低功耗设计以及缓解上位机存储的压力，必须对得到的图像进行压缩后再通过LoRa射频方式上传给集中器。中心节点通LoRa射频接收到终端节点定时上传的经过压缩处理后的水表读数图片再通过GPRS网络以无线传输形式及时传送至管理中心服务器。由管理中心服务器对用户水表图像进行处理识别，转化为水表表盘数字，上报给收费系统。
1、终端节点：
基于DSP芯片BF592的摄像直读无线远传抄表系统的终端节点硬件原理如图2所示，由以下几部分构成：水表表盘摄像CMOS OV9650 图像传感器、LED补光、ADSP-BF592高性能Blackfin嵌入式处理器、PIC24嵌入式微处理器、LoRa射频传输模块、4路电源管理、两节3.6V锂-亚硫酰氯电池串联模组。
图像获取和压缩单元主要由ADSP-BF592数字信号处理器和OV9650摄像模块构成,接口原理图如图3所示。ADSP-BF592是一个高达400Mhz的高性能Blackfin处理器，采用ADI公司Intel微处理器架构。OV9650是130W像素的CMOS摄像头，采用并行DVP接口与BF592连接，主要连接线包括PCLK 、HREF 、VSYNC、一个像素使能闸门、和8bit YUV/YCbCr格式数据线。BF592通过IIC接口完成对OV9650的初始化设置。ADSP-BF592通过RS232接口与PIC微控制器单元建立通信，通过接收PIC微控制器的命令并解析来对水表表盘进行摄像操作、对图像进行预处理和压缩之后通过RS232接口传送给PIC微控制器。
如图4所示，管理控制由PIC24FJ128微控制器完成，通过SPI接口和LoRa射频传输模块连接，压缩的图像数据通过LoRa射频传送给集中器，同时集中器把收到的服务器的控制命令传递给LoRa射频模块。PIC微控制器接收控制命令帧并转化为RS232命令帧控制图像获取、图像质量、图像数据分包等操作。
LoRa无线射频单元主要完成户表的无线组网、唤醒PIC微控制器、接收集中器的命令和发送图像数据包，如图5为LoRa模组的硬件电路原理图。
为防止电源串扰，本装置采用四路电源供电方案。第一路和第二路由台湾合泰低压差线性稳压芯片LDO HT7533把7.2V锂电池电压稳压输出3.3V，分别提供给LoRa无线射频模块和PIC24微控制器，如图6所示。第三路和第四路由美国芯源的开关降压芯片MP1471分别输出1.3V和3.3V电源提供给ADSP-BF592，如图6所示。
该装置需要加装一个塑料外壳罩，并且安装在普通用户的水表上，由于环境光线较暗，为了获得较佳的水表表盘拍摄效果，OV9650的摄像操作必须配合补光灯。本装置选择高亮LED灯，通过ADSP-BF592的普通IO管脚控制开关。
电池采用高比能量和长贮存寿命的两节3.6V锂-亚硫酰氯电池串联模组，标准容量13Ah。ADSP-BF592片内没有FLASH, 必须外挂FLASH,本设计采用SPI 接口外挂2M字节FLASH。
2、中心节点：
中心节点负责终端节点指令的下发、压缩的表盘图像数据的接收以及上传，其硬件原理如图7所示，终端节点要定时发送心跳包与中心节点建立连接。考虑到通信链路的时效性，中心节点采用DC电源供电。
单片机采用PIC24FJ128微控制器。GPRS模块采用QUECTEL公司的M35 GSM/GPRS模块。模块内置网络服务的协议栈，支持TCP/IP协议。模块与微控制器以RS232接口连接，微控制器通过收发AT命令对其进行控制。基于低功耗考虑，M35模块的稳压器电源的开关仅在需要向服务器上传数据时才定时开启，在不使用时电源处于切断状态。
闪存FLASH采用Atmel公司的AT45DB641E存储器芯片。该存储器采用SPI接口与微控制器相连，最高支持频率达85Mhz，工作电压范围为2.5V-3.3V。该存储器的存储容量为8兆字节，如图8所示。中心节点电源设计应用与终端节点一样。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，包括若干终端节点单元、与所述终端节点单元通信的中心节点单元；
所述终端节点单元包括第一微控制器、数字信号处理器、摄像模块、第一无线通信模块、LED补光灯模块、以及用于为整个终端节点单元供电的第一电源模块，所述第一微控制器与所述第一无线通信模块、数据信号处理器连接，所述数字信号处理器还与所述摄像模块、LED补光灯模块连接；
所述中心节点单元包括第二微控制器、第二无线通信模块、GPRS通信模块、以及用于为整个中心节点单元供电的第二电源模块，所述第二微控制器与所述第二无线通信模块、GPRS通信模块连接。
2.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，还包括一与所述中心节点单元通信的服务器。
3.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述终端节点单元还包括一与所述数字信号处理器连接的第一Flash存储模块；所述中心节点单元还包括一与所述第二微控制器的第二Flash存储模块；所述第一Flash存储模块、第二Flash存储模块均采用AT45DB641E存储器芯片。
4.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述第一微控制器、第二微控制器均采用PIC24FJ128芯片。
5.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述第一无线通信模块、第一无线通信模块均为LoRa无线通信模块。
6.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述数字信号处理器采用ADSP-BF592芯片。
7.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述摄像模块采用OV9650芯片。
8.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述GPRS通信模块为M35 GSM/GPRS通信模块。
9.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述第一电源模块包括7.2V锂电池组、第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块、第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块，其中，第一HT7533电源模块、第二HT7533电源模块将7.2V锂电池组输出电压稳压至3.3V分别为第一微控制器、第一无线通信模块供电，第一MP1471电源模块、第二MP1471电源模块将7.2V锂电池组输出电压分别稳压至1.3V、3.3V供给数字信号处理器。
10.根据权利要求1所述的摄像直读无线远传抄表系统，其特征在于，所述第二电源模块包括DC电源、第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块、第三MP1471电源模块，其中，第三HT7533电源模块、第四HT7533电源模块将DC电源输出电压稳压至3.3V分别为第二微控制器、第二无线通信模块供电，第三MP1471电源模块将DC电源输出电压稳压至4V供给GPRS通信模块。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111031222A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 山东厚德测控技术股份有限公司 | 一种摄像式燃气表字轮实时识别装置及方法 |
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- 2018-11-29 CN CN201821979715.6U patent/CN209120352U/zh active Active
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