CN2760688Y

CN2760688Y - 用于远程自动抄表系统的数据采集器

Info

Publication number: CN2760688Y
Application number: CN 200520030552
Authority: CN
Inventors: 张观祥; 杜建松; 高胜利; 王江峰; 张鸿凯
Original assignee: 张观祥
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2015-04-26

Abstract

本实用新型涉及一种用于远程自动抄表系统的图像直读式数据处理远传装置。一种用于远程自动抄表系统的数据采集器，含有内置于透明外壳内的光学图像采集装置和信息处理电路，光学图像采集装置含有反射镜和广角镜头，反射镜设在采集器外壳内正对表盘位置，反射镜将表盘数据图像反射到输出连接图像传感器的广角镜头，图像传感器将图像信息转换为数字信号接入处理器，处理器处理图像信息提取图像表盘数据。本采集器采用RS485和RS232标准通信接口，方便通用，技术成熟，成本低廉，便于推广，轻松实现普通表抄表系统远传、通讯技术的升级改造，也为其他方式的升级改造提供了最为方便的途径，利用原有系统的成熟技术，减少了不必要的投资。

Description

用于远程自动抄表系统的数据采集器

一、技术领域：涉及一种数据采集装置，特别是涉及一种用于远程自动抄表系统的图像直读式数据处理远传装置。

二、背景技术：目前水、电、气各行业为了降低各自公司的运营成本，加强智能化管理，提高市场竞争力，很早就提出了远程数字抄表系统的实施方案及具有远传功能的智能仪表，但由于成本较高，一直难以推广普及，仅仅在一些新兴的高科技工业企业和智能化住宅区投入使用。

由于历史的原因，以前经济、科技发展水平的限制，许多城市工厂、居民楼普遍采用的还是不具有通讯功能的水表、电表、气表，如果要实施远程自动抄表系统，光是更换表具就是一笔很大的开支。以前这样的安装、改造资金都是分摊到用户身上，但随着市场经济改革的深入，水电气作为特殊的商品，其计量、收费设备的改造投资再让消费者买单，恐怕是不太现实的。

为此，为了对传统的计量表进行升级以实现远程抄表，而又尽可能的减少投入，成为当前过渡时期各相关行业进行产品研发的课题。中国实用新型专利ZL200320115309.3提出的一种基于图像的直读式抄表系统集中器，包括通信接口电路，抄表控制电路，图像解码电路，抄表接口电路和电源供电电路，抄表接口电路通过数据线和图像采集器连接，体积小，安装方便，工作稳定可靠；专利号为ZL02289485.3公开的一种用摄像技术对表盘照相直读式远传数据系统，具有实时摄像系统，图像信息传输系统，图像存储及处理系统和物业管理系统，可在强干扰环境中工作，数据采集无误。此二者存在一个共同的不足，就是采用了视频技术，硬件成本高，传输数据量大，电气接口不是目前电力规约(DL/T645-1997)所提到的当前电力系统所普遍采用的标准RS485串行接口。

三、实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题：针对背景技术所述相关技术存在的成本较高，接口不符合当前电力行业相关标准问题，提出一种结构比较简单的用于远程自动抄表系统的数据采集器。

本实用新型采用的技术方案：

一种用于远程自动抄表系统的数据采集器，含有内置于透明外壳内的光学图像采集装置和与印刷电路板连接的信息处理电路，信息处理电路含有图像传感器和处理器，电源模块提供采集器工作电源，采集器固定安装或粘接到用户表盘上，光学图像采集装置含有反射镜和广角镜头，反射镜固定在采集器外壳内对应表盘位置，反射镜将表盘数据图像反射到固定在电路板上的广角镜头，广角镜头的影像输出对应图像传感器的光敏区域，图像传感器将图像信息转换为数字信号接入处理器，处理器处理图像信息提取图像表盘数据，通过数据总线连接上位机。

所述的数据采集器，图像传感器采用ET21X130C，处理器采用AVR系列高速单片机，如采用ATMEGA8L，两者通过I²C数据总线连接，ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的复位端RST，ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的选通端SCE，ET21X130C的VSYNC和PXCLK分别接处理器的两个外部中断端口，ET21X130C的HSYNC连接ATMEGA8L的一个I/O端口，ATMEGA8L通过其通讯端口实现和上位机通讯，通讯接口模块采用RS232总线，或者RS485总线，总线接口电路采用SN75LBC184，处理器或者采用ATMEGA16。

所述的数据采集器，电源模块供电电源采用本机供电，或采用系统总线电源，电源模块采用集成电路APL5883，5V直流电经两并联连接、一端接地的电容C₁₉、C₂₁滤波后输入APL5883的输入端2脚，APL5883的3脚接地，其输出脚1稳压输出3.3V连接图像传感器和处理器的电源输入端，APL5883的2脚与系统地之间并联连接有两滤波电容C₂₀、C₂₄，RS485总线接口模块采用5V电源供电。

所述的数据采集器，同光学图像采集装置的图像传感器视频输出端连接有主要有一晶体管放大器Q₃组成的调试接口电路，晶体管Q₃的基极连接图像传感器的TV-OUT端口，其集电极接电源，发射极串联电阻R₁₀接地，射极输出端通过电容C₁₆和一电阻R₁₁耦合连接视频输出插座RCA。

所述的数据采集器，处理器连接有照明模块，照明模块接口电路含有晶体管Q₅、Q₆和发光二极管LED，其中控制晶体管Q₅的基极经耦合电阻R₂₁连接处理器的照明控制输出端，其集电极串接电阻R₂₂接电源，发射极接地，其集电极输出连接放大晶体管Q₆的基极，放大晶体管Q₆的发射极串联电阻R₁₇接地，其集电极串接限流电阻R₁₃～R₁₆和发光二极管D₁～D₄组成的并联支路连接5V电源。

本实用新型的积极效果：

1、本采集器采用RS485和RS232标准通信接口，适应目前远程自动抄表系统普遍采用RS485总线和电力载波作为通信信道的发展趋势，软件编程按(DL/645-1997)电力规约，技术成熟，成本低廉，轻松实现普通表具抄表系统远传、通讯技术的升级改造，方便通用，便于推广，也为其它方式的升级改造提供了最为方便的途径，利用原有系统的成熟技术，减少了不必要的投资。

2、本实用新型采用简单的光学图像采集与处理系统，只对图像特定区域进行采集压缩传输，集成度高，运行稳定可靠，和视频传输相比数据量降低几十倍(40倍左右)，为选择低廉传输系统和增加传输稳定性提供了可能。

3、本实用新型采用反射镜，垂直表盘安装高度降低很多，体积小，安装使用方便，从根本上消除了由于安装高度问题造成安装以后表箱盖无法合上的问题，全封闭透明外壳可粘接在表盘玻璃上，防止灰尘进入并便于人工查看。

四、附图说明：

图1：自动抄表系统数据采集器整体结构示意图

图2：自动抄表系统数据采集器电原理方框图

图3：自动抄表系统数据采集器信息处理电路原理示意图

图4：自动抄表系统数据采集器电源模块原理示意图

图5：光学图像采集装置调试接口电路原理示意图

图6：照明模块电路原理示意图

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1：本实用新型自动抄表系统数据采集器整体结构示意图，图中1为采集器封闭透明外壳，反射镜2安装于透明外壳1内腔一端，采集器外壳1可粘接到用户表盘上，或者采用其它方式固定，安装时使反射镜2的镜面与用户表盘3成一定角度，表盘数据图像经反射镜2反射后，透过广角镜头4到达图像传感器。图中5为本采集器的信息处理电路电路板，广角镜头4固定在电路板5上，电路板5上正对广角镜头4位置焊接图像传感器，广角镜头4的影像输出对应图像传感器的光敏区域，图像传感器通过印刷板电路与处理器及各接口电路连接。图中6为系统总线，或为通讯线和电源线，用于采集器的信号上传或接收上位机指令。

图2为本实用新型自动抄表系统数据采集器电原理系统框图，表盘数据图像经光学系统即反射镜到达图像传感器，图像传感器感光后把图像信号转变为数字电信号传输到单片机(微处理器)，微处理器接到从通信接口传来的抄表指令后读取图像传感器传出的图像信息，并在压缩后通过通信接口传出，实现与上位机连接。图中调试接口电路和图像传感器连接，用于安装时调整镜头以取得清晰的图像效果；电源接口用于把外部电压调整后，分别给图像传感器和485接口以及单片机供电；照明控制接口连接微处理器，用于环境亮度不足时补充照明。

图3为本自动抄表系统数据采集器信息处理电路原理示意图，图像传感器采用ET21X130C，处理器采用AVR系列高速单片机，本实施例处理器采用ATMEGA8L，两者通过I²C数据总线连接，程序设定ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的复位端RST，ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的选通端SCE，ET21X130C的VSYNC和PXCLK分别接处理器的两个外部中断端口，ET21X130C的HSYNC连接ATMEGA8L的一个I/O端口，ATMEGA8L通过其通讯端口实现和上位机通讯，通讯接口模块采用RS232总线，或者RS485总线，总线接口电路采用SN75LBC184。微处理器中的E2PROM中存储有采集器的唯一地址码和密码。

图4为本实用新型数据采集器电源模块电原理图，采用稳压集成电路芯片APL5883，5V外接直流电源采用本机供电，或采用系统总线电源，经两并联连接、一端接地的电容C₁₉、C₂₁滤波后输入APL5883的输入端2脚，APL5883的3脚接地，其输出脚1稳压输出3.3V连接图像传感器和处理器的电源输入端，APL5883的2脚与系统地之间并联连接有两滤波电容C₂₀、C₂₄，RS485总线接口模块采用5V电源供电。

接收光学图像采集装置影像信息的图像传感器视频输出端连接有主要有一晶体管放大器Q₃组成的调试接口电路，参见图5，晶体管Q₃的基极连接图像传感器的TV OUT端口，晶体管Q₃的集电极接电源，发射极串联电阻R₁₀接地，其射极输出端通过电容C₆和一电阻R₁₁耦合连接视频输出插座RCA，通过视频线连接监视器或计算机，通过调整镜头取得清晰的图像效果。

本实用新型数据采集器含有照明模块，参见图6，照明模块接口电路含有晶体管Q₅、Q₆和发光二极管LED，其中控制晶体管Q₅的基极经耦合电阻R₂₁连接处理器的照明控制输出端，Q₅的集电极串接电阻R₂₂接电源，发射极接地，其集电极输出连接放大晶体管Q₆的基极，放大晶体管Q₆的发射极串联电阻R₁₇接地，其集电极串接限流电阻R₁₃～R₁₆和发光二极管D₁～D₄组成的并联支路连接5V电源。限流电阻和发光管或为三组或五组并联，亮度以满足要求为宜。

在使用中，在每块普通用户表头上安装一个本采集器外接RS485总线或通过其它无线模块、GPRS模块、modem等实现和上位机连接，微处理器把数据传给上位机进行识别和存储。

实施例二：本实施例基本同实施例一，其不同之处在于处理器采用ATMEGA16，图像传感器不含有调试接口模块，图像清晰度的调整通过在仪器出厂前调整光角镜头的焦距来实现。

Claims

1、一种用于远程自动抄表系统的数据采集器，含有内置于透明外壳内的光学图像采集装置和与印刷电路板连接的信息处理电路，信息处理电路含有图像传感器和处理器，电源模块提供采集器工作电源，采集器固定安装或粘接到用户表盘上，其特征是：光学图像采集装置含有反射镜和广角镜头，反射镜固定在采集器外壳内对应表盘位置，反射镜将表盘数据图像反射到固定在电路板上的广角镜头，广角镜头的影像输出对应图像传感器的光敏区域，图像传感器将图像信息转换为数字信号接入处理器，处理器处理图像信息提取图像表盘数据，通过数据总线连接上位机。

2、根据权利要求1所述的数据采集器，其特征是：图像传感器采用ET21X130C，处理器采用AVR高速单片机ATMEGA8L，两者通过I²C数据总线连接，ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的复位端RST，ATMEGA8L的一个I/O端口连接ET21X130C的选通端SCE，ET21X130C的VSYNC和PXCLK分别接处理器的两个外部中断端口，ET21X130C的HSYNC连接ATMEGA8L的一个I/O端口，ATMEGA8L通过其通讯端口实现和上位机通讯，通讯接口模块采用RS232总线，或者RS485总线，总线接口电路采用SN75LBC184；处理器或者采用ATMEGA16。

3、根据权利要求2所述的数据采集器，其特征是：电源模块供电电源采用本机供电，或采用系统总线电源，电源模块采用集成电路APL5883，5V直流电经两并联连接、一端接地的电容C₁₉、C₂₁滤波后输入APL5883的输入端2脚，APL5883的3脚接地，其输出脚1稳压输出3.3V连接图像传感器和处理器的电源输入端，APL5883的2脚与系统地之间并联连接有两滤波电容C₂₀、C₂₄，RS485总线接口模块采用5V电源供电。

4、根据权利要求2所述的数据采集器，其特征是：接收光学图像采集装置影像信息的图像传感器视频输出端连接有主要有一晶体管放大器Q₃组成的调试接口电路，晶体管Q₃的基极连接图像传感器的TV-OUT端口，其集电极接电源，发射极串联电阻R₁₀接地，射极输出端通过电容C₁₆和一电阻R₁₁耦合连接视频输出插座RCA。

5、根据权利要求1～4任一项所述的数据采集器，其特征是：处理器连接有照明模块，照明模块接口电路含有晶体管Q₅、Q₆和发光二极管LED，其中控制晶体管Q₅的基极经耦合电阻R₂₁连接处理器的照明控制输出端，其集电极串接电阻R₂₂接电源，发射极接地，其集电极输出连接放大晶体管Q₆的基极，放大晶体管Q₆的发射极串联电阻R₁₇接地，其集电极串接限流电阻R₁₃～R₁₆和发光二极管D₁～D₄组成的并联支路连接5V电源。