低功耗摄像直读抄表及远传装置.pdf

本发明涉及一种低功耗摄像直读抄表及远传装置，该装置由系统主控单元、CMOS图像采集单元、数字图像处理和识别单元、数据存储单元、远传通讯单元五部分构成。装置采用现有低功耗CMOS摄像模组采集表计字轮图像，图像经过处理后进行本地数字识别，识别后的数据存储在本地可掉电保持的存储器中，系统定时发送识别后的数字信息和经过压缩的二值化图像到控制中心。本发明是在现有装置上的附加设备，无须对现有的水表、气表或电表进行改装，不影响现有表具的计量特性；同时采用超低功耗设计，无须外接电源：信号采集稳定可靠，无人工因素，真实可信，价格适中，应用简单。

1、  一种低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：本发明包括主控单元、CMOS图像采集单元、数字图像处理和识别单元、数据存储单元、远传通讯单元，其中：
主控单元负责各个单元的协调和控制；
CMOS摄像单元在主控单元的要求下完成字轮图像的快速采集；
采集得到的图像由图像处理和识别单元进行图像的预处理，得到可以识别的二值图像，并完成数字识别，并将结果和压缩图像发送到主控单元；
主控单元将识别结果保存在本地可掉电保持的存储器中；
主控单元定时地将识别结果和压缩图像经由GSM远传通讯单元直接发送到控制中心，无须中断器或集中器。

2、  根据权利1所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：主控单元和数字图像采集、处理和识别单元采用双CPU设计，主控单元采用超低功耗CPU以保证系统超低待机功耗，而图像处理和识别单元采用性能强大的32位CPU，以保证图像采集、处理和识别的高性能要求。

3、  根据权利2所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：字轮图像的快速采集、处理，利用32位CPU的高速运算性能和大容量片上RAM，图像采用单次采集方式，经过数字图像二值化、图像分割、一次性完成数字的本地识别。

4、  根据权利2和3所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：整个装置由内置电池供电，主控单元CPU控制图像处理和识别单元和远传通讯单元的供电电源，平时切断其供电电源，只在需要的时候才开启高性能32位CPU单元电源，以达到待机低功耗和开机高性能。

5、  根据权利1、2和4所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：GSM传通讯单元采用准实时的双向短消息方式达到低功耗模式下的双向通讯。

6、  根据权利5所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：系统在预先设定的时间通过短消息向控制中心发送已经采集的数字和对应的压缩图像，并在完成上述工作后接收控制中心发送的指令，并根据收到的指令更改相应的参数，如采集时间间隔、发送时间间隔等。上位机可以在任何时间发送指令，系统可以保证最迟在预设的下一个通讯时刻收到指令并进行相应处理。

7、  根据权利1和6所述的低功耗摄像直读抄表及远传装置，其特征在于：每次通讯可以同时发送已识别的数字和压缩的图像，以便于控制中心的工作人员对本地识别的数字进行校验，提高整个系统的可靠性。

低功耗摄像直读抄表及远传装置
技术领域
本发明涉及一种将摄像技术、数字识别技术和低功耗通讯技术用于水表、电表和气表的远传抄读装置。
背景技术
在当前的水表、电表和气表的应用中，人工抄表的比例还非常大。随着能源价的上涨，水电气能源生产和销售企业需要即时了解用户的使用情况，人工抄表就不再满足这项需求，必须对计量表具采用自动抄读和数据远程传输的方式。
目前在用的三表即水表、电表和气表大部分还不具备远程抄读接口，如需全部换装带远传接口的智能表，则面临对用户表具更换和管线改造问题。针对上述问题，已有部分的摄像远传解决方案，但现有方案中由于功耗的原因，通常采用外部总线供电方式，或者必须采用集中器或中断器，不能直接将抄读或识别结果发送到远程控制中心。
发明内容
本发明的首要目的就是提供一种由电池供电的低功耗的摄像直读式远传抄表装置，在表具端加装该装置后即可完成图像采集、数字识别、结果存储和数据直接远传的功能。
上述发明的技术方案是：整个装置由主控单元、CMOS图像采集单元、数字图像处理和识别单元、数据存储单元、远传通讯单元构成，采用电池供电，并由主控单元完成各个单元的协调和控制。
CMOS摄像单元在主控单元的要求下完成字轮图像的快速采集。
采集得到的图像由图像处理和识别单元进行图像的预处理，得到可以识别的二值图像，并完成数字识别，并将结果和压缩图像发送到主控单元。
主控单元将识别结果保存在本地可掉电保持的存储器中。
主控单元定时地将识别结果和压缩图像经由GSM远传通讯单元直接发送到控制中心，无须中断器或集中器。
本发明所解决的技术课题是如何在低功耗的前提下完成表具字轮读数的本地快速识别。通常情况下具备超低功耗的CPU不具备完成本地图像采集和识别的RAM资源和性能，而高性能的CPU又达不到所要求的低功耗。通过主控单元和图像采集识别单元采用独立CPU设计，即双CPU设计，主控单元采用超低功耗CPU，图像采集识别单元采用高性能CPU。高性能CPU只在需要的时候由主控CPU接通电源，完成图像采集、处理和识别，待机时关闭该CPU电源，达到低功耗目的。
本发明的另外一个目的就是提供一种GSM短信通讯方式，用以实现装置和控制中心的准实时双向数据通信，使得表具既能够在预设的时刻将抄读结果发回到控制中心，又能在需要的时候由控制中心发送命令，改变数据采集和发送的间隔。这是通过下述方法解决的：
系统在预先设定的时间通过短消息向控制中心发送数据，并在完成上述工作后接收控制中心发送的短消息指令，并根据收到的控制中心指令更改相应的参数，如采集时间间隔、发送时间间隔等。上位机可以在任何时间发送指令，系统可以保证最迟在预设的下一个通讯时刻收到指令并进行相应处理。
本发明同时还解决了识读结果的人工校验问题，方法是每次通讯可以同时发送已识别的数字和压缩的图像，以便于控制中心的工作人员对本地识别的数字进行校验，提高整个系统的可靠性。
本发明的有益效果是，表具字轮读数是由装置自动采集图像并完成处理和本地的快速识别，无人工因素，真实可靠；本地识读结果可直接传送至控制中心，不需要路由器或中断器；在完成上述功能的同时，达到低功耗，只需内置电池供电，不需外接电源；实现直读远传低功耗的同时，还具备准实时的双向通讯功能；本发明是在现有表具上附加设备，无须对现有表具和线路或管路进行改造，应用简单，价格适中。
附图说明
图1是低功耗摄像直读抄表及远传装置的系统原理图。
图2是低功耗摄像直读抄表及远传装置的实施方式示意图。
图1所示的低功耗摄像直读抄表及远传装置的系统原理图中，主控CPU由电池直接供电；而图像采集识别CPU、CMOS摄像模组和GSM通讯单元的供电则由主控CPU通过电源管理单元控制其电源供给，以达到低功耗目的。主控CPU和GSM通讯单元、主控CPU和图像采集识别CPU之间通过串行方式通讯。
具体实施方式
低功耗摄像直读抄表及远传装置的系统实施如图2所示，图中装置通过支架安装于表具表盘上，装置内置电池、图像采集处理识别单元、GSM远程通讯单元，不需要附加其它电源和引线。
低功耗摄像直读抄表及远传装置在预先设定的时刻由主控CPU打开图像采集识别CPU电源，并由后者进行字轮图像采集和识别，识别结果传送给主控CPU并保存于可掉电保持存储器中。在预先设定的时刻由主控CPU打开GSM通讯单元电源，并由后者将采集的结果和压缩压缩图像通过GSM网络以短消息方式发送给控制中心计算机，同时接收由控制中心计算机发来的控制命令，并根据命令修改系统工作方式，如采集时间间隔、发送时间间隔等。控制中心计算机可在任何时刻发送控制命令，低功耗摄像直读抄表及远传装置最迟会在下一通讯时刻接收该命令。