自动化防盗电电度表的制作方法

本发明是申请号为201610180230x、申请日为2016年3月25日、发明名称为“自动化防盗电电度表”的专利的分案申请。

本发明涉及电度表领域，尤其涉及一种自动化防盗电电度表。

背景技术：

电度表是用于测量居民或工厂用电数量的重要仪器，供电管理部门根据电度表的读数来确定用电一方的具体用电数量，以此作为收费的依据，要求用电一方付费。

由此可见，电度表与供电管理部门和用电方的经济利益密切相关，如果电度表的测量结果不准，很容易导致收费不够客观，收费过多，则侵犯了用电方的经济利益，收费过少，则损害了供电管理部门的经济利益，因此，电度表的测量精度一定要准确。

同时，对电度表做手脚能够实现改变电度表读数的盗电效果，这也是供电管理部门不愿意看到的，供电管理部门一般会对电度表在机械和电子方面做出一些防盗电处理，然而，由于电度表大多设置在用电方所在位置附近的公共区域内，长时间脱离供电管理部门的视野，这还是给盗电提供了机会。

因此，需要一种自动化防盗电电度表，能够实时对电度表进行检测，在发现盗电情况时立即进行报警，同时，还能够优化现有的电度表的内部结构，提供电度表的测量性能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动化防盗电电度表，通过对电度表的内部结构去冗余化，改善电度表对供电线路电力参数的检测精度，更关键的是，采用有针对性的图像识别技术以实时检测到电度表的封印和螺丝变动情况，从而进一步判断电度表是否被盗电。

根据本发明的一方面，提供了一种自动化防盗电电度表，包括封印移动识别设备、螺丝变动识别设备、电能检测设备和主控制器，封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别用于识别电度表外框上封印和螺丝的变动情况，主控制器分别与封印移动识别设备、螺丝变动识别设备和电能检测设备连接。

更具体地，在所述自动化防盗电电度表中，包括：ccd图像传感设备，设置在电度表的上方，面向电度表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与ccd图像传感设备连接，用于接收高清外框图像，并基于高清外框图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与ccd图像传感设备连接，用于接收高清外框图像，针对高清外框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；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电度表外框封印轮廓和电度表外框螺丝轮廓检测校正图像中电度表外框封印的位置和电度表外框螺丝的位置，并基于校正图像中电度表外框封印的位置从灰度化图像处分割出对应的电度表外框封印图像，基于校正图像中电度表外框螺丝的位置从灰度化图像处分割出对应的电度表外框螺丝图像；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、电流测量电路和微控制器，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，微控制器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msp430单片机之间，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5v或3.3v的直流电；zigbee通信接口，与msp430单片机连接，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msp430单片机连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率；封印移动识别设备，与轮廓检测设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，用于确定电度表外框封印图像和预设灰度外框封印图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出封印移动信号；螺丝变动识别设备，与轮廓检测设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，用于确定电度表外框螺丝图像和预设灰度外框螺丝图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出螺丝变动信号；msp430单片机，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；其中，msp430单片机还与封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别连接，当接收到封印移动信号且接收到螺丝变动信号时，发出盗电确认信号，当只接收到封印移动信号或只接收到螺丝变动信号时，发出盗电疑似信号，当封印移动信号和螺丝变动信号都未接收到时，发出盗电否认信号；其中，串行可擦除存储器at24c16b还用于存储预设灰度外框封印图像和预设灰度外框螺丝图像。

更具体地，在所述自动化防盗电电度表中：时分双工通信接口，设置在电度表的外框上。

更具体地，在所述自动化防盗电电度表中：时分双工通信接口与msp430单片机连接，用于无线发送工频交流电的有功功率和无功功率。

更具体地，在所述自动化防盗电电度表中：时分双工通信接口与msp430单片机连接，用于无线发送盗电确认信号、盗电疑似信号或盗电否认信号。

更具体地，在所述自动化防盗电电度表中：msp430单片机设置在电度表的外框内。

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自动化防盗电电度表的结构方框图。

附图标记：1封印移动识别设备；2螺丝变动识别设备；3电能检测设备；4主控制器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的自动化防盗电电度表的实施方案进行详细说明。

电度表是采样技术、微处理技术、设计技术和经验相结合的产物，是跨学科的高技术产品。电度表制造商根据自身设计的理解和应用技巧，实现电度表的各项功能。

电度表产品上，目前已经具备了多功能、网络化、智能化、数字化的需求，能够满足当前各种计量的要求，如有功计量、无功计量、需量计算，电网质量检测、电网事件记录等复杂功能，并能够作为通讯从站与中央控制主站进行数据交互。

当前，用于测量电能使用情况的电度表仍存在以下缺陷：(1)精度不高，无法同时满足供电方和用电方要求的数据分辨率；(2)盗电情况时有发生，只能通过人工手段去定点定时检测盗电情况是否存在，无法做到盗电的实时检测。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种自动化防盗电电度表，对电度表进行结构改造和升级，提高电度表的检测效率和准确性，同时，在电度表设备空间内引入实时防盗电设备，提高电度表的防盗电性能。

图1为根据本发明实施方案示出的自动化防盗电电度表的结构方框图，包括封印移动识别设备、螺丝变动识别设备、电能检测设备和主控制器，封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别用于识别电度表外框上封印和螺丝的变动情况，主控制器分别与封印移动识别设备、螺丝变动识别设备和电能检测设备连接。

接着，继续对本发明的自动化防盗电电度表的具体结构进行进一步的说明。

所述电度表包括：ccd图像传感设备，设置在电度表的上方，面向电度表的外框进行拍摄，以获得高清外框图像；复杂度检测设备，与ccd图像传感设备连接，用于接收高清外框图像，并基于高清外框图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与ccd图像传感设备连接，用于接收高清外框图像，针对高清外框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。

所述电度表包括：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。

所述电度表包括：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。

所述电度表包括：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；轮廓检测设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设电度表外框封印轮廓和电度表外框螺丝轮廓检测校正图像中电度表外框封印的位置和电度表外框螺丝的位置，并基于校正图像中电度表外框封印的位置从灰度化图像处分割出对应的电度表外框封印图像，基于校正图像中电度表外框螺丝的位置从灰度化图像处分割出对应的电度表外框螺丝图像。

所述电度表包括：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。

所述电度表包括：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。

所述电度表包括：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。

所述电度表包括：电能检测设备，包括电压测量电路、电流测量电路和微控制器，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，微控制器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msp430单片机之间，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。

所述电度表包括：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5v或3.3v的直流电；zigbee通信接口，与msp430单片机连接，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msp430单片机连接，用于接收工频交流电的有功功率和无功功率。

所述电度表包括：封印移动识别设备，与轮廓检测设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，用于确定电度表外框封印图像和预设灰度外框封印图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出封印移动信号；螺丝变动识别设备，与轮廓检测设备和串行可擦除存储器at24c16b连接，用于确定电度表外框螺丝图像和预设灰度外框螺丝图像之间的匹配程度，并基于匹配程度确定是否输出螺丝变动信号。

所述电度表包括：msp430单片机，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；其中，msp430单片机还与封印移动识别设备和螺丝变动识别设备分别连接，当接收到封印移动信号且接收到螺丝变动信号时，发出盗电确认信号，当只接收到封印移动信号或只接收到螺丝变动信号时，发出盗电疑似信号，当封印移动信号和螺丝变动信号都未接收到时，发出盗电否认信号。

其中，串行可擦除存储器at24c16b还用于存储预设灰度外框封印图像和预设灰度外框螺丝图像。

可选地，在所述电度表中：时分双工通信接口，设置在电度表的外框上；时分双工通信接口与msp430单片机连接，用于无线发送工频交流电的有功功率和无功功率；时分双工通信接口与msp430单片机连接，用于无线发送盗电确认信号、盗电疑似信号或盗电否认信号；以及可以将msp430单片机设置在电度表的外框内。

另外，4glte是一个全球通用的标准，包括两种网络模式fdd和tdd，分别用于成对频谱和非成对频谱。运营商最初在两个模式之间的取舍纯粹出于对频谱可用性的考虑。大多运营商将会同时部署两种网络，以便充分利用其拥有的所有频谱资源。fdd和tdd在技术上区别其实很小，主要区别就在于采用不同的双工方式，频分双工(fdd)和时分双工(tdd)是两种不同的双工方式。

fdd是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送信道。fdd必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。fdd在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。

tdd用时间来分离接收和发送信道。在tdd方式的移动通信系统中,接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载,其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给移动台，另外的时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。

采用本发明的自动化防盗电电度表，针对现有技术电度表精度不高且无法实时防盗电的技术问题，通过对电度表的测量机制进行优化，提高测量的准确性，还引入了基于图像处理的封印检测设备和螺丝检测设备，用于识别电度表外框上封印和螺丝的变动情况，并基于电度表外框上封印和螺丝的变动情况实时做出电度表是否被盗电的报警操作。

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。