专利名称：轮式计数器计数的远程采集、传输的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计数的远程采集、传输的方法及装置。尤其是轮式计数器计数的远程采集、传输的方法及装置。
现有的水表或煤气表的远程数据采集和传输技术主要有两类。
其一是采用脉冲计数原理，即在水表或煤气表的旋转翼轮或轴上安装敏感元件，在与之对应的外壳上安装感应器。当旋转翼轮或轴转动时，在感应器上产生脉冲，然后通过单片机进行脉冲计数，转换成流量数据后进行远传。通常采用的感应器有霍尔元件和干簧管等。这种方法的主要缺陷是容易产生误脉冲或丢失脉冲，并且在系统失电后丢失数据。否则需要复杂的数据保持电路，尽管采用了双感应器和低功耗电子元件，但仍未能彻底解决这些问题，典型的如中国专利CN89205961和CN00219975、无源数据传输水表等专利或专利申请。
其二是采用状态读数法，即将轮式计数器的计数轮的不同数字位置安装上数目或尺寸不同的感应元件，在计数轮附近安装传感器(如电容的电极)。当计数轮转到不同的位置时，传感器获得的信号强度不同，通过测量电路和单片机测出每个传感器的信号强度，转换成对应的数字后进行远传。这种方法的缺陷是信号容易受到介质特性的影响(如流体中的杂质)，而且需要改变原计量仪表的结构，实施起来很困难，目前还未见有工程实施的实例。典型的是ABB研究有限公司的轮式计数器，中国专利申请CN01112371。
发明内容
本发明目的是提出一种轮式计数器的远程数据采集和传输方法及实现这种数据采集装置及和相应配套的远传技术。本发明目的在于采用图像传感器和计算机图像识别技术来读取轮式计数器的计数，并通过现场总线进行控制和数据传输。
本发明目的还在于提供一种采用间歇读数的方式读取机械轮式计数器，适用于定期计量的场合，如居民或企事业单位的水、电、煤气的计费仪表。
本发明目的是这样实现的轮式计数器计数的远程采集和传输方法，是在轮式计数器的计数轮上设有区别不同数字的图形码，另可设有光学镜头及图像传感器，由光学镜头读出计数器窗口的计数轮，并由图像传感器和单片机装置记录并进行识别；通过现场总线传输到到数据收集中心或远程的计费中心计算机。轮式计数器计数的远程采集装置亦如上所述在轮式计数器的计数轮上设有区别不同数字的图形码，设有在计数轮上读数的图像传感器，图像传感器经单片机电路处理并记录识别；传输到数据采集单元或计费中心计算机。图像传感器包括色敏半导体阵列，计数轮窗口处设有光源。在图像传感器和计数轮之间设有光学镜头或光纤用于传导计数轮图像。
对光学镜头及图像传感器的定义光学镜头包括但不限于普通的光导透镜，会聚透镜，图像传感器包括但不限于CCD或MOS面阵型光敏传感器。尤其是选择或将光敏传感器制成线形排列。
本发明一般可以采用一维图形码即可识别十个区别的数字，当然采用二维图形码可以提高图像的准确识别率，当然采用现有的一维条形码也完全可以实现本发明的目的。
本发明一般用常用的0-9十个十进制阿拉伯数字用形状简单的图形码表示，如多种条形码形及可区别的十个图案来表示，如图2、图3给出。
本发明依据的是人工视觉原理。采用光学传感器、单片机系统及其辅助电路模拟人的眼睛读取轮式计数器的过程。
本发明的特点是采用图像传感器(或光敏半导体器件)和信号处理器来模拟人的视觉，将计数器指示的图像转换成数字后在通过现场总线传输到远程的计费中心。本项发明可用于解决基于机械轮式计数器的计量仪表的远程数据采集和传输，如水表、煤气表等计量仪表的数据远传。根据本项发明所开发的数据采集和远传技术无须改变原计量仪表的结构，具有准确、稳定、可靠等优点。
本发明是机电分离式，且完全无须电源提供至表具的机械工作计数部位，因此，对燃气表尤其适用。
计数轮上标有阿拉伯数字或其它数字符号，尤其是采用刻蚀等方法标出。
采用本项发明不必改变原计量仪表的机械结构，只需在原来的计数器读数窗口安装一套按照本项发明制作的读数装置。依据本项发明制作的计量仪表不存在漏计或误计的问题，计量精度只取决于原有仪表的精度。由于当前计量数据始终保留在计数轮上，系统的失电或维护期间的数据不会丢失。可以采取瞬间加电工作采集数据，可以不定时和定时采集，对用户数据进行监控。
四
图1为本发明带透镜识别计数轮的结构示意2为本发明计数轮结构示意3为本发明计数轮窗口结构示意4为本发明计数轮的0-9的一种编码结构示意5为本发明计数轮的0-9的另一种编码结构示意6为本发明直接识别计数轮的结构示意7为本发明光纤传递计数轮图码的结构示意8为本发明透镜传递计数轮图码的结构示意9为本发明图象识别电路框10为本发明根据计数窗口和图像传感器的相对位置，取出每个数字窗口所对应的像素进行计算的示意图；图中，计数轮1、表具面板2、照明灯3、图像传感器5、光学镜头4、光纤4-1、单片机系统包括图象识别和控制电路板6、外部电源7、计费中心计算机8。
以下结合附图对本发明作进一步说明图像传感器5(CCD或MOS面阵型)主要采集表具个位以上数位的数字，小数点后的位数不进行识别。个位及以上的数字是确定的，而不是随时动作，且精度足够。
图像传感器5(CCD或MOS面阵型)对数据的采集形式是CCD或MOS面阵型阵列对每个数字单元以软件进行识别通过单片机等6记录色敏二极管阵列的信号的组合，从而识别出对应的图形码所代表的数字，得到的数字信号输出至信号的接收端。
典型的实施方案之一如图1所示。由电致发光半导体材料制成的照明灯3照亮涂有图形码(二维)的轮式计数器1的计数窗口2，窗口内的图像通过光学镜头4进入图像传感器5(CCD或MOS面阵型)，然后通过单片机系统5记录并进行识别后通过现场总线传输到远程的计费中心计算机8。装置的电力由外部电源7供给。实施本方案的关键之一是需要将普通轮式计数器的计数轮上的十进制阿拉伯数字用形状简单的图形码表示，如图2所示。图3给出了透过窗口显示的一组图形码。图4给出了一组典型的编码方式(共10个数字)。
典型的实施方案之二如图6所示。由电致发光半导体材料制成的照明灯3照亮涂有条形码(一维)的轮式计数器1的面板的计数窗口2，窗口内的图像通过紧贴型传感器5(CCD或MOS线阵型或面阵型)，然后通过单片机系统6记录并进行识别后通过现场总线传输到远程的计费中心计算机8，8亦可以是单元楼或楼层的数据收集终端。装置的电力由外部电源7供给。实施本方案的关键之一是需要将普通轮式计数器的计数轮上的十进制阿拉伯数字用形状简单的条形码表示。图5给出了一组典型的编码方式，也可以采用目前的常用的商用条形码组合。
典型的实施方案之三如图7所示。由电致发光半导体材料制成的照明灯3照亮涂有图形码(二维)或条形码(一维)的轮式计数器1的计数窗口2，窗口内的图形或条形码通过光纤4导入色敏(或光敏)二极管阵列5，通过单片机6记录色敏(或光敏)二极管阵列电路的信号组合，从而识别出对应的图形码所代表的数字，然后通过现场总线传输到远程的计费中心计算机8。装置的电力由外部电源7供给。实施本方案的关键之一是需要将普通轮式计数器的计数轮上的十进制阿拉伯数字用形状简单的至少两种色彩(如黑白)的图形码表示。与方案一相似，可采用图4或图5给出的编码方式。
典型的实施方案之四如图8所示。由电致发光半导体材料制成的照明灯3照亮涂有图形码(二维)的轮式计数器1的计数窗口2，窗口内的若干个数字组合通过光学镜头4进入色敏二极管阵列5，通过单片机6记录色敏二极管阵列的信号的组合，从而识别出对应的图形码所代表的数字，然后通过现场总线传输到远程的计费中心计算机8。装置的电力由外部电源7供给。实施本方案的关键之一是需要将普通轮式计数器的计数轮上的十进制阿拉伯数字用形状简单的至少两种色彩(如黑白)的图形码表示。与方案一相似，可采用图4和图5给出的编码方式。
在数字轮上采用图形码或条形码等并不影响计数器的机械结构，在计数器制造过程中极易实现。也可以根据需要采用四进制、八进制等非十进制计数轮。数字轮的圆周上只要采用四个或八个图形即可。
在计数轮上另行标定0-9个数字是可行的，但数字标记的颜色较淡，不至于影响图码的数字阅读。
本发明是条码数字识别的简化应用，一维条形码也完全可以实现本发明，可以全盘照搬条码数字识别系统，将轮式计数器整个圆周分成十个位置(或制成四进制、八进制等非十进制计数轮)，0-9共十个数字均用条形码给出。常用的条形码有39码等。当然用格状等二维条形码也没有超出本发明的范围。只是要采用相应的译码电路。
图9本发明图象识别电路框图中，只要采用简单的单片计算机电路(如PIC1687F系列)控制图像传感器(如TCD127)及其驱动电路。当然，可以完全采用条形码及相应译码电路。
对计数轮进行光学识别的流程和算法见图101.通过由单片计算机(如PIC1687F系列)控制图像传感器(如TCD127)及其驱动电路和光学系统获得计数窗口的图像像素(一维或二维)；2.根据计数窗口和图像传感器的相对位置，取出每个数字窗口所对应的像素；3.将像素数据进行二值化处理，获得如图中的第一行的像素序列(考虑到表面上的污染等因素，得到的像素序列可能含有噪声，图中给出的是比较噪声严重的情况)；4.用获得的像素数据与预先编码的条形(或图形)码的0-9所对应的理想像素进行逐个像素相减，并求出各个差值的平方和S，见图9及下述表格；
5.S的最小值所对应的数字就是图像传感器从计数窗口读出的数据，从表中可以判断出本例中，S的最小值是7，所以对应的读出数据应该是8；6.对所有窗口都进行同样的处理，获得每个窗口的数据；7.启动通讯控制器(如MAX485)，将数据传送到总线。控制单片计算机控制光源和数据采集电路，因此，很容易实现只是数据的采集和传输瞬时供电。
说明通过提高单位宽度像素数目(分辨率)的方法既可有效抑制噪声，本例中给出的是每组32个像素，实际使用中可以提高到64甚至更高的像素数目。此外，更可以采用本项发明提出的二维图形码。一般而言，每毫米16像素已经可以满足几乎所有的情况。
总线传输的实施采用Profibus现场总线等，无线传输可以采用GPRS方式等。
单片机对图形识别处理的电路是现有技术，并可以是专用芯片，其中包括畸变校正、脉冲补偿、模数转换；另可能还包括色度校正等电路。模数转换后通过总线传输到数据采集单元或计费中心计算机。
权利要求
1.轮式计数器计数的远程采集和传输方法，其特征是在轮式计数器的计数轮上设有区别不同数字的图形码，设有在计数轮上读数的图像传感器，图像传感器经单片机电路处理并记录识别；传输到数据采集单元或计费中心计算机。
2.根据权利要求1的所述的轮式计数器计数的远程采集和传输方法，其特征是轮式计数器的计数轮上用0-9十个十进制阿拉伯数字用条状或格状形状的图形码表示可区别的十个图案。
3.根据权利要求1的所述的轮式计数器计数的远程采集和传输方法，其特征是单片机电路处理后数据由无线或通过总线有线传输。
4.根据权利要求1的所述的轮式计数器计数的远程采集和传输方法，其特征是数据采集和传输的瞬时供电的。
5.根据权利要求1的所述的轮式计数器计数的远程采集和传输方法，其特征是在图像传感器和计数轮之间设有光学镜头或光纤用于传导计数轮图像。
6.轮式计数器计数的远程采集装置，其特征是包括设有区别不同数字的图形码轮式计数器、图像传感器或色敏半导体阵列，计数轮窗口处设有光源。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于在图像传感器和计数轮之间设有光学镜头或光纤。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于计数轮上标有阿拉伯数字或其它数字符号的轮式计数器。
全文摘要
轮式计数器计数的远程采集和传输方法及装置，在轮式计数器的计数轮上设有区别不同数字的图形码，设有在计数轮上读数的图像传感器，图像传感器经单片机电路处理并记录识别；传输到数据采集单元或计费中心计算机。轮式计数器的计数轮上用0－9十个十进制阿拉伯数字用条状或格状形状的图形码表示可区别的十个图案。本发明采用图像传感器和信号处理器来模拟人的视觉，将计数器指示的图像转换成数字后在通过现场总线传输到远程的计费中心。本项发明可用于解决基于机械轮式计数器的计量仪表的远程数据采集和传输，如水表、煤气表等计量仪表的数据远传。根据本发明所开发的数据采集和远传技术无须改变原计量仪表的结构，具有准确、稳定、可靠等优点。
文档编号G01F15/06GK1438474SQ0311305
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月26日 优先权日2003年3月26日
发明者张辉 申请人:张辉