电梯间多功能电能表的制作方法与工艺

文档序号:13108675
本发明是申请号为201610184919X、申请日为2016年3月28日、发明名称为“电梯间多功能电能表”的专利的分案申请。技术领域本发明涉及电能表领域,尤其涉及一种电梯间多功能电能表。

背景技术:
电能表行业目前主流产品在国际上已经处于快速发展阶段,属于朝阳行业,全球包括发达经济体和发展中国家均在进行电能表的更新换代,以适应当前整个世界形势的变化。一是全球性的节能减排要求,必须进行能量的精确计量,促进各用电主体根据能量的变化进行用电控制,改变用电习惯;二是适应电力企业管理现代化、信息化的要求,通过智能电能表作为电网的一个节点,可以快速有效地了解电力用户、变电站等计量测量点的用电实时情况,提供更加精确的服务和管理。在居民楼内部,每一户的电能表一般设置在人们等待电梯的电梯间内,然而,在现有技术中,电梯间内的电能表仍存在以下缺陷:(1)对电能的测量结构冗余度高,测量效果不佳;(2)占据独立的公共设备位置,本身还有集成其他检测设备的空间,例如对电梯间的环境参数检测,尤其是对电梯间的火灾情况检测。因此,需要一种新的电能表,对现有的电梯间的电能表的测量机制进行优化,同时,将对电梯间的火灾检测设备集成到电能表的设备空间内,在提高电能表的性能的同时,进一步利用有限的公共设备空间,完成更多参数的准确检测。

技术实现要素:
为了解决上述问题,本发明提供了一种电梯间多功能电能表,对电梯间的电能表进行结构改造,提高对供电线路的电能参数的检测精度,尤其重要的是,通过引入烟雾检测设备、图像采集设备、图像识别设备对所在电梯间内的火灾状况进行综合检测,从而拓展了电梯间电能表的功能。根据本发明的一方面,提供了一种电梯间多功能电能表,包括烟雾检测设备、图像采集设备、图像识别设备、电能检测设备和主控设备,烟雾检测设备用于检测电能表所在的当前电梯间内的烟雾情况,图像采集设备和图像识别设备联合操作,用于确定电能表所在的当前电梯间内的火焰情况,电能检测设备用于检测工频交流电输出的电能,主控设备与烟雾检测设备、图像采集设备、图像识别设备和电能检测设备分别连接。更具体地,在所述电梯间多功能电能表中,包括:烟雾检测设备,设置在电能表所在的当前电梯间,包括工作指示灯、信号输出接口、电流匹配检测电路、内电离室和外电离室,内电离室和外电离室内都放置了放射源镅241,放射源镅241电离产生正负离子,在电场作用下各自向正负电极移动,在没有烟雾的情况下,内电离室和外电离室的电流是匹配的,当存在烟雾侵入外电离室时,内电离室和外电离室的电流不匹配,电流匹配检测电路分别与信号输出接口、内电离室和外电离室连接,当检测到内电离室和外电离室的电流不匹配时,控制信号输出接口发出烟雾报警信号,当检测到内电离室和外电离室的电流匹配时,控制信号输出接口发出环境正常信号;CMOS图像传感器,设置在电能表所在的当前电梯间,用于对当前电梯间进行拍摄以获得高清电梯间图像;复杂度检测设备,与CMOS图像传感器连接,用于接收高清电梯间图像,并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度;灰度转化设备,与CMOS图像传感器连接,用于接收高清电梯间图像,针对高清电梯间图像中的每一个像素点,提取其R、G、B三颜色通道分量,对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均,以获得对应的灰度值,所有像素点的灰度值组成灰度化图像,其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11;图像滤波设备,分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接,用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略,当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时,选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波,当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时,选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波,当图像复杂度在预设复杂度范围以内时,选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波;全局二值化设备,分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接,用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略,在确定全局二值化阈值之后,使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理,使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择,其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括:当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时,采用双峰法确定全局二值化阈值,当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时,采用最大类间方差法确定全局二值化阈值,当图像复杂度在预设复杂度范围以内时,采用平均值法确定全局二值化阈值;图像校正设备,与全局二值化设备连接以接收二值化图像,用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理,以获得校正图像;火焰检测设备,分别与图像校正设备和CMOS图像传感器连接以接收二值化图像和高清电梯间图像,用于基于预设的基准火焰形状识别出二值化图像的火焰目标,并基于火焰目标在二值化图像处的位置从高清电梯间图像处分割出对应的火焰目标图像,还基于火焰目标占据二值化图像的比例确定实时火焰大小;校准电阻,为一滑动变阻器,电阻值为2MΩ,一个固定端与工频交流电的零线连接,滑动端与第二电阻的一端连接;第二电阻,电阻值为1MΩ,另一端与第一电阻的一端连接,同时,另一端作为采样电压的一测量端输出;第一电阻,电阻值为1.5KΩ,另一端与工频交流电的火线连接;第一电容,电容值为220pf,一端与第二电阻的另一端连接,另一端接地;第三电阻,电阻值为470Ω,一端与工频交流电的火线连接,另一端作为采样电压的另一测量端输出;第二电容,电容值为220pf,一端与第三电阻的另一端连接,另一端接地;第三电容,电容值为0.018uf,一端与第二电阻的另一端连接,另一端与第三电阻的另一端连接;第四电阻,电阻值为0.6mΩ,插入在工频交流电的火线上,即两端都与工频交流电的火线连接;第五电阻,电阻值为470Ω,一端与第四电阻的一端连接,另一端作为采样电流的一测量端输出;第六电阻,电阻值为470Ω,与第四电阻的另一端连接,另一端作为采样电流的另一测量端输出;第四电容,电容值为220pf,一端与第五电阻的另一端连接,另一端接地;第五电容,电容值为220pf,一端与第六电阻的另一端连接,另一端接地;第六电容,电容值为0.018uf,一端与第五电阻的另一端连接,另一端与第六电阻的另一端连接;电容降压电路,与工频交流电的零线和火线连接,用于将工频交流电转变为5V低压直流电,以用作电能检测设备的电源;电能检测设备,包括电压测量电路、电流测量电路和AT89C51单片机,电压测量电路与采样电压的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电压,电流测量电路与采样电流的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电流,AT89C51单片机分别与电压测量电路和电流测量电路,基于工频交流电的实时采样电压和工频交流电的实时采样电流,确定并输出工频交流电的有功功率和无功功率;隔离设备,位于电能检测设备和凌阳SPCE061A芯片之间,采用光电耦合电路,用于实现模拟电路部分与数字电路部分的隔离,避免相互干扰;AC/DC电源设备,包括变压器降压电路、全桥整流电路、滤波电路和稳压电路,与工频交流电的零线和火线连接,用于将220V的工频交流电转换为直流电;ZIGBEE通信接口,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于接收并向附近的无线抄表设备发送有功功率和无功功率;串行可擦除存储器AT24C16B,具有1万次擦写循环,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于接收工频交流电的有功功率和无功功率;凌阳SPCE061A芯片,通过隔离电路与电能检测设备连接,用于接收工频交流电的有功功率和无功功率;频分双工通信设备,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于将火灾报警信号或疑似火灾信号无线发送到远端的消防管理控制中心;其中,凌阳SPCE061A芯片还分别与火焰检测设备和烟雾检测设备连接,当实时火焰大小大于等于预设火焰大小且接收到烟雾报警信号时,发出火灾报警信号,当实时火焰大小小于预设火焰大小且接收到环境正常信号时,发出无火灾信号,其他情况时发出疑似火灾信号。更具体地,在所述电梯间多功能电能表中:频分双工通信设备被设置在电能表的外框上。更具体地,在所述电梯间多功能电能表中:串行可擦除存储器还用于存储预设火焰大小。更具体地,在所述电梯间多功能电能表中:串行可擦除存储器与凌阳SPCE061A芯片被集成在一块集成电路板上。更具体地,在所述电梯间多功能电能表中:AC/DC电源设备将220V的工频交流电转换为5V或3.3V的直流电。附图说明以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述,其中:图1为根据本发明实施方案示出的电梯间多功能电能表的结构方框图。图2为根据本发明实施方案示出的电梯间多功能电能表的AC/DC电源设备的结构方框图。附图标记:1烟雾检测设备;2图像采集设备;3图像识别设备;4电能检测设备;5主控设备;6变压器降压电路;7全桥整流电路;8滤波电路;9稳压电路具体实施方式下面将参照附图对本发明的电梯间多功能电能表的实施方案进行详细说明。当前,电梯间内的火灾检测机制比较单一,或者采用基于电离检测技术的烟雾检测设备,或者采用基于图像检测技术的烟雾识别设备,单一的检测机制都带有本身固有的缺陷,导致检测准确性不高。同时,电梯间内的公共空间较为有限,如果增加过多的检测设备,必将导致电梯间更加拥挤,为出行的居民带来不便。另外,现有技术中的电梯间的电能表的检测技术较为落后,结构冗余度高,仍有进一步的优化和上升空间。为了克服上述不足,本发明搭建了一种电梯间多功能电能表,充分利用电梯间的电能表内部空间实现更多功能,减少占据的公共设备空间,同时,采用两种检测机制对电梯间内的火灾情况进行综合判断,避免误判的情况发生,更为关键的是,还改进了现有的电能表的检测机制,提高其检测的供电线路参数的精度。图1为根据本发明实施方案示出的电梯间多功能电能表的结构方框图,包括烟雾检测设备、图像采集设备、图像识别设备、电能检测设备和主控设备,烟雾检测设备用于检测电能表所在的当前电梯间内的烟雾情况,图像采集设备和图像识别设备联合操作,用于确定电能表所在的当前电梯间内的火焰情况,电能检测设备用于检测工频交流电输出的电能,主控设备与烟雾检测设备、图像采集设备、图像识别设备和电能检测设备分别连接。接着,继续对本发明的电梯间多功能电能表的具体结构进行进一步的说明。所述电能表包括:烟雾检测设备,设置在电能表所在的当前电梯间,包括工作指示灯、信号输出接口、电流匹配检测电路、内电离室和外电离室,内电离室和外电离室内都放置了放射源镅241,放射源镅241电离产生正负离子,在电场作用下各自向正负电极移动,在没有烟雾的情况下,内电离室和外电离室的电流是匹配的,当存在烟雾侵入外电离室时,内电离室和外电离室的电流不匹配,电流匹配检测电路分别与信号输出接口、内电离室和外电离室连接,当检测到内电离室和外电离室的电流不匹配时,控制信号输出接口发出烟雾报警信号,当检测到内电离室和外电离室的电流匹配时,控制信号输出接口发出环境正常信号。所述电能表包括:CMOS图像传感器,设置在电能表所在的当前电梯间,用于对当前电梯间进行拍摄以获得高清电梯间图像;复杂度检测设备,与CMOS图像传感器连接,用于接收高清电梯间图像,并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度;灰度转化设备,与CMOS图像传感器连接,用于接收高清电梯间图像,针对高清电梯间图像中的每一个像素点,提取其R、G、B三颜色通道分量,对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均,以获得对应的灰度值,所有像素点的灰度值组成灰度化图像,其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11;图像滤波设备,分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接,用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略,当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时,选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波,当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时,选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波,当图像复杂度在预设复杂度范围以内时,选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。所述电能表包括:全局二值化设备,分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接,用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略,在确定全局二值化阈值之后,使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理,使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择,其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括:当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时,采用双峰法确定全局二值化阈值,当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时,采用最大类间方差法确定全局二值化阈值,当图像复杂度在预设复杂度范围以内时,采用平均值法确定全局二值化阈值。所述电能表包括:图像校正设备,与全局二值化设备连接以接收二值化图像,用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理,以获得校正图像;火焰检测设备,分别与图像校正设备和CMOS图像传感器连接以接收二值化图像和高清电梯间图像,用于基于预设的基准火焰形状识别出二值化图像的火焰目标,并基于火焰目标在二值化图像处的位置从高清电梯间图像处分割出对应的火焰目标图像,还基于火焰目标占据二值化图像的比例确定实时火焰大小。所述电能表包括:校准电阻,为一滑动变阻器,电阻值为2MΩ,一个固定端与工频交流电的零线连接,滑动端与第二电阻的一端连接;第二电阻,电阻值为1MΩ,另一端与第一电阻的一端连接,同时,另一端作为采样电压的一测量端输出;第一电阻,电阻值为1.5KΩ,另一端与工频交流电的火线连接;第一电容,电容值为220pf,一端与第二电阻的另一端连接,另一端接地;第三电阻,电阻值为470Ω,一端与工频交流电的火线连接,另一端作为采样电压的另一测量端输出;第二电容,电容值为220pf,一端与第三电阻的另一端连接,另一端接地;第三电容,电容值为0.018uf,一端与第二电阻的另一端连接,另一端与第三电阻的另一端连接;第四电阻,电阻值为0.6mΩ,插入在工频交流电的火线上,即两端都与工频交流电的火线连接。所述电能表包括:第五电阻,电阻值为470Ω,一端与第四电阻的一端连接,另一端作为采样电流的一测量端输出;第六电阻,电阻值为470Ω,与第四电阻的另一端连接,另一端作为采样电流的另一测量端输出;第四电容,电容值为220pf,一端与第五电阻的另一端连接,另一端接地;第五电容,电容值为220pf,一端与第六电阻的另一端连接,另一端接地;第六电容,电容值为0.018uf,一端与第五电阻的另一端连接,另一端与第六电阻的另一端连接;电容降压电路,与工频交流电的零线和火线连接,用于将工频交流电转变为5V低压直流电,以用作电能检测设备的电源。所述电能表包括:电能检测设备,包括电压测量电路、电流测量电路和AT89C51单片机,电压测量电路与采样电压的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电压,电流测量电路与采样电流的两个测量端分别连接以检测并输出工频交流电的实时采样电流,AT89C51单片机分别与电压测量电路和电流测量电路,基于工频交流电的实时采样电压和工频交流电的实时采样电流,确定并输出工频交流电的有功功率和无功功率。隔离设备,位于电能检测设备和凌阳SPCE061A芯片之间,采用光电耦合电路,用于实现模拟电路部分与数字电路部分的隔离,避免相互干扰。如图2所示,所述电能表包括:AC/DC电源设备,包括变压器降压电路、全桥整流电路、滤波电路和稳压电路,与工频交流电的零线和火线连接,用于将220V的工频交流电转换为直流电。所述电能表包括:ZIGBEE通信接口,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于接收并向附近的无线抄表设备发送有功功率和无功功率;串行可擦除存储器AT24C16B,具有1万次擦写循环,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于接收工频交流电的有功功率和无功功率;凌阳SPCE061A芯片,通过隔离电路与电能检测设备连接,用于接收工频交流电的有功功率和无功功率;频分双工通信设备,与凌阳SPCE061A芯片连接,用于将火灾报警信号或疑似火灾信号无线发送到远端的消防管理控制中心。其中,凌阳SPCE061A芯片还分别与火焰检测设备和烟雾检测设备连接,当实时火焰大小大于等于预设火焰大小且接收到烟雾报警信号时,发出火灾报警信号,当实时火焰大小小于预设火焰大小且接收到环境正常信号时,发出无火灾信号,其他情况时发出疑似火灾信号。可选地,在所述电能表中:频分双工通信设备被设置在电能表的外框上;串行可擦除存储器还用于存储预设火焰大小;串行可擦除存储器与凌阳SPCE061A芯片被集成在一块集成电路板上;以及AC/DC电源设备还可以将220V的工频交流电转换为5V或3.3V的直流电。另外,CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor),中文学名为互补金属氧化物半导体,他本是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。对于独立于电网的便携式应用而言,以低功耗特性而著称的CMOS技术具有一个明显的优势:CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压,因此不得不采用一个电压转换器,从而导致功耗增加。在总功耗方面,把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处:他去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用,这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(PassivePixelSensorCMOS)与主动式像素传感器(ActivePixelSensorCMOS)。被动式像素传感器(PassivePixelSensor,简称PPS),又叫无源式像素传感器,他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结,他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时,光敏二极管与垂直的列线(Columnbus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Chargeintegratingamplifier)保持列线电压为一常数,当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时,其电压被复位到列线电压水平,与此同时,与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。主动式像素传感器(ActivePixelSensor,简称APS),又叫有源式像素传感器。几乎在CMOSPPS像素结构发明的同时,人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能,在CMOSAPS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积,降低了“封装密度”,使40%~50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是,如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配,这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOSAPS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发,所以CMOSAPS的功耗比CCD图像传感器的还小采用本发明的电梯间多功能电能表,针对现有技术中电梯间火灾检测效果不佳以及电梯间空间狭窄的技术问题,通过将电梯间火灾检测设备移植到电能表上,充分利用了现有的设备空间,同时,采用两种检测机制实现对电梯间火灾情况的综合判断,另外,改造了电能表的内部结构,改善了电能表的检测性能。可以理解的是,虽然本发明已以较佳实施例披露如上,然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
再多了解一些
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