一种基于GSM网络的智能远传抄表装置的制作方法

本实用新型涉及仪表类读数智能识别技术领域，特别涉及一种基于GSM网络的智能远传抄表装置。

背景技术：

水表是一种运用广泛的测量水流量的仪表，大多数应用于家庭用水的累计流量测量，也有部分应用于大型工业设备。目前，收集水表数据均采用人工入户抄表的方式。但随着住宅数量大幅度增加,水表抄表员面临如下问题：(1)工作量急剧增加;(2)家中经常无人;(3)住户担心骗子假冒抄表员而拒绝入户。因而传统的人工入户抄表方式难以满足社会发展的需要。

目前市场上推行的有IC卡预付费水表（CN202422270 U）和家用水表改造成远程抄表（CN2783279 Y），这两种技术方案都利用脉冲信号来收集数据。基于脉冲计数的水表数据远传系统需要实时供电,否则将丢失数据。即使能够保证稳定的供电,也会由于长期工作存在累计误差,导致检测结果出现偏差。另外，基于脉冲计数的远传系统需要对既有水表的机械装置进行改造，增加了改造难度和成本，难以实施。另外，也有学者提出了通过图像的方式进行水表读数的采集。比如无线图像远传抄表系统（专利公开号CN202306802U），通过终端采集器采集图像，经无线收发装置将图像发送至图像识别处理中心进行处理获取水表的读数，但这种方式发送数据量较大，容易造成数据缺失，而且采用的是局域无线网络，传输距离受限，系统复杂，可靠性较差。沈阳工业大学公布了一种流量计费表数字远传图像自动识别方法及数字远传抄表系统（公开号CN101000652）,该系统先对图像进行处理和字符识别，获取水表读数，然后通过局域网进行无线传输，实现远传抄表。同样由于采用的是局域网，传输距离有限，系统复杂，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种基于GSM网络的智能远传抄表装置，以解决传统人工抄表方式效率低下的问题，尤其是解决现有远传抄表系统存在的改造成本高、系统复杂、稳定性差的问题。该装置安装方便，直接盖在水表表盘上方，通过离水表数字盘一定距离的摄像头来摄取数字表盘的图像,然后运用单片机中存储的图像处理算法对字符进行智能识别提取。为保证识别系统稳定且不受外界干扰，装置用LED进行补光，确保光照稳定。最后识别出的数据即为水表所测得的数据，再通过无线模块经GSM网络传输到指定用户手机上，从而实现水表的智能远传抄表功能。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于GSM网络的智能远传抄表装置，该装置由图像传感器、图像处理识别系统、无线传输模块、外部封装组成。其中图像传感器、图像处理识别系统和无线传输模块通过接口电路依次连接，构成电路板硬件；电路板硬件与外部封装通过螺栓连接。

所述的图像传感器部分主要由OV7670摄像头模组及外围电路、LED灯和TF卡组成，三部分通过贴片方式焊接在电路板上。OV7670摄像头模组离水表数字盘的距离满足拍摄范围的需要，由外部封装进行固定。摄像头对水表数字盘进行图像采集，并同时打开和OV7670摄像头模组在同一面的LED灯进行补光，采集到的数字图片存入TF卡中。

所述的图像处理识别系统主要由稳压电路、ARM-Cortex M3内核微处理器和外扩SRAM三部分组成。系统稳压电路采用DCDC电路芯片为系统提供稳定电源。ARM-Cortex M3内核微处理器具有flash、 SRAM以及LQFP144封装，便于后期功能扩展。为满足图像处理算法对RAM的需求，外扩SRAM芯片，并在程序中添加内存管理代码，实现片内片外的内存申请和释放，做到内存占用实时管理。图像处理识别系统关键在于图像的处理和识别，装置前端摄取的图片数据被传输到单片机中，由内部程序控制进行图像预处理，如图像分割、图像灰度化、图像增强处理、二值化、字符分割、字符大小调整、字符识别等，其中图像预处理的效果直接影响后续字符识别。为保证系统稳定性，不受外界干扰，系统用LED灯进行补光，确保光照稳定，使系统更好的识别字符。

所述无线传输模块主要由GPRS A6模块、用户手机两部分组成。GPRS A6模块利用GSM网络进行数据的无线传输，不受地域限制，信号好，通过串行口实现与单片机的通信，单片机主要控制其相关引脚便实现短信收发功能。单片机将识别后得到的数据通过GPRS A6模块发送到指定用户手机完成数据的无线传输。

所述的外部封装主要由外部封装主体和盖子两部分组成，两者通过螺纹配合相连接。外部封装一方面可以安装固定电路板硬件，另一方面消除外界环境对电路板硬件上的电子元器件的影响以及满足采集图像的环境条件要求。为了方便人眼直接查看水表数字盘，以及调节摄像头使其拍摄时图像的截取框正对水表数字盘，在电路板上确定位置设置一个接近水表数字表盘大小的视孔。由于在安装时视孔与水表数字表盘会在对齐上会有一定的角度差，因此在外部封装主体内部放置电路板的环形薄板上开了4段均匀布置的圆弧孔，其圆心角为30°，并用塑料M3型号的螺母螺栓把电路板固定在外部封装主体内部的环形薄板上，利用螺栓在圆弧孔内的移动来调节视孔与水表数字表盘的对齐。

本实用新型所提出的远传抄表系统，由图像传感器、图像处理识别系统、无线传输模块以及外部封装四大部分组成，由无线传输模块向指定手机发送短信来通知用户当前水表所显示的数据情况，从而实现远程抄表的功能。此系统可有效降低传统抄表方式的人力成本，并提高住宅的安全性；另外此系统采集得到的数字信息可直接为智慧城市的建设提供基础数据，通过大数据分析为城市居民提供更好的服务。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

（1）装置的外部封装是利用下部圆柱筒内壁的三个间隔120°的凸起实体与水表上盖外壁过盈配合起到卡紧固定的作用，该装置与水表是相互独立的。相比于其他方法，安装拆卸方便，无需对水表进行改造，因此具有一定的优势。

（2）该装置图像的采集、分析处理及识别在内核微控制器内部完成，从而大大减少了无线传输的数据量，增强系统的可靠性；同时，由于传输数据量的减少，也使得系统扩展简单方便。

（3）该装置采用GPRS A6模块通过GSM网络进行远程传输，具有不受地域限制、信号稳定等优点，同时无线传输硬件系统简单，可靠性好。

附图说明

图1为本实用新型的智能远传抄表装置系统图。

图2为本实用新型的智能远传抄表装置结构图。其中图（a）为智能远传抄表装置的整体结构图，图（b-1）为外部封装主体的俯视图，图（b-2）为外部封装主体的剖视图，图（c-1）为电路板正面布置图，图（c-2）为电路板背面布置图。

图3为本实用新型装置的图像处理识别系统结构图。

图4为本实用新型装置的无线传输模块结构图。

图5为本实用新型装置的整体程序流程图。

图中：1为图像传感器；2为图像处理识别系统；3为无线传输模块；4为外部封装；1-1为OV7670摄像头模组；1-2为LED灯；1-3为TF卡；2-1为ARM-Cortex M3内核微处理器；2-2为外扩SRAM;2-3为稳压电路； 3-1为GPRS A6模块；3-2为用户手机；4-1为盖子；4-2为外部封装主体。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

如附图1所示，该装置系统主要由图像传感器（1）、图像处理识别系统（2）、无线传输模块（3）三大部分组成。其中图像传感器（1）和无线传输模块（3）分别通过电路与ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）连接。

如附图2所示，该装置分为机械和电子两部分，机械部分为外部封装（4），电子部分为电路板。电路板上焊接的部件主要有OV7670摄像头模组(1-1)、LED灯(1-2)、TF卡(1-3)、ARM-Cortex M3内核微处理器(2-1)、外扩SRAM(2-2)、GPRS A6模块(3-1)。电路板通过塑料M3型号的螺母螺栓与4段均匀布置的圆弧孔连接，固定在外部封装主体（4-2）内壁薄板上，且可利用螺栓在圆弧孔内移动来调节电路板上的视孔与水表数字表盘对齐。为了避免外界环境对电路板的上器件的影响以及满足采集图像的环境条件要求，外部封装的盖子（4-1）与外部封装主体（4-2）采用螺纹连接并密封。OV7670摄像头模组(1-1)和LED灯(1-2)焊接于电路板背面，其中OV7670摄像头模组(1-1)用于拍摄水表数字表盘的图像，LED灯（1-2）起补光作用以确保图像清晰稳定，从而提高程序的字符识别准确度；另外LED灯（1-2）的布置要与摄像头保持一定的距离，防止水表数字表盘表面反光。OV7670摄像头模组(1-1)拍摄的图像直接存储于TF卡（1-3）之中。

如附图3所示，该装置的图像处理识别系统（2）主要由ARM-Cortex M3内核微处理器(2-1)、外扩SRAM(2-2)和 稳压电路(2-3)组成。由ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）的I/O口直接读取图像传感器（1）采集到的图像数据 ，由ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）内部程序对采集的图像进行预处理，依次进行图像分割、图像灰度化、图像增强处理、二值化、字符分割、字符大小调整、字符识别，识别出的数据再经过I/O口传送到无线传输模块（3）。稳压电路（2-3）给图像处理识别系统（2）提供稳定电源。为满足图像处理算法的运算空间以及功能扩展，增设外扩SRAM（2-2）来增加运行内存。

如附图4所示，无线传输模块（3）主要由GPRS A6模块（3-1）和用户手机（3-2）两部分组成，一个是发射端，另一个是接收端。ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）把数据经I/O口传送到GPRS A6模块（3-1），并通过GSM网络进行数据传输，最终到达用户手机（3-2）。

如附图5所示，该装置接通电源后，各硬件的驱动程序开始初始化，包括OV7670摄像头模组（1-1）初始化、TF卡（1-3）初始化、外扩SRAM（2-2）初始化等。各硬件初始化后，等待接收触发信号。图像传感器（1）收到采集命令以后，进入图像采集程序，打开OV7670摄像头模组（1-1）及LED灯（1-2）进行补光，等待3S，采集一帧图像数据并存储于TF卡（1-3）之中。图像处理识别系统（2）从TF卡（1-3）中提取图像数据，通过ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）进行运算处理。处理完成后，关闭OV7670摄像头（1-1）及LED灯（1-2），将识别结果通过GPRS A6模块（3-1）发送给指定用户手机(3-2)。然后整个装置待机，等待下一次采集命令的到来。

下面结合附图1～5详细说明本发明的水表无线智能抄表装置工作原理。

将OV7670摄像头（1-1）、LED灯（1-2）、TF卡（1-3）、ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）、外扩SRAM（2-2）、稳压电路（2-3）以及GPRS A6模块（3-1）通过圆形电路板集成连接。将电路板通过螺栓螺母固定在外部封装主体（4-2）内部开有圆弧孔的环形薄板上，然后再将装置垂直套在水表上，并调节电路板上的视孔与水表数字表盘对齐，最后在电路板背面连接电源，盖好盖子（4-1）。

智能远传抄表装置连接安装完毕后，上电运行。当装置接通电源后，各硬件的驱动程序开始初始化。初始化完毕以后，系统接收到触发信号，图像传感器（1）开始进行图像采集，同时LED灯（1-2）会开启进行补光，等待3S，让OV7670摄像头（1-1）完成当时水表数字盘图像的拍摄，采集一帧图像数据。摄取的图像由图像传感器（1）转换成模拟脉冲信号，再经A/D转换成数字图像信号存储到TF卡（1-3）中。ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）再提取数字图像信号进行图像处理运算，识别图像中的水表数字盘读数。与ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）相连接的外扩SRAM（2-2）提供图像处理算法的运行内存。数字图像信号在ARM-Cortex M3内核微处理器（2-1）中进行预处理，依次进行图像分割、图像灰度化、图像增强处理、二值化、字符分割、字符大小调整、字符识别，识别出的数据再经过I/O口传送到无线传输模块（3），由GPRS A6模块（3-1）发送给指定用户手机(3-2)，然后系统继续等待下一次采集命令的到来。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。