專利名稱：輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸?shù)姆椒把b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計數(shù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸?shù)姆椒把b置。尤其是輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸?shù)姆椒把b置。
現(xiàn)有的水表或煤氣表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)主要有兩類。
其一是采用脈沖計數(shù)原理，即在水表或煤氣表的旋轉(zhuǎn)翼輪或軸上安裝敏感元件，在與之對應(yīng)的外殼上安裝感應(yīng)器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)翼輪或軸轉(zhuǎn)動時，在感應(yīng)器上產(chǎn)生脈沖，然后通過單片機進行脈沖計數(shù)，轉(zhuǎn)換成流量數(shù)據(jù)后進行遠(yuǎn)傳。通常采用的感應(yīng)器有霍爾元件和干簧管等。這種方法的主要缺陷是容易產(chǎn)生誤脈沖或丟失脈沖，并且在系統(tǒng)失電后丟失數(shù)據(jù)。否則需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)保持電路，盡管采用了雙感應(yīng)器和低功耗電子元件，但仍未能徹底解決這些問題，典型的如中國專利CN89205961和CN00219975、無源數(shù)據(jù)傳輸水表等專利或?qū)＠暾垺?br> 其二是采用狀態(tài)讀數(shù)法，即將輪式計數(shù)器的計數(shù)輪的不同數(shù)字位置安裝上數(shù)目或尺寸不同的感應(yīng)元件，在計數(shù)輪附近安裝傳感器(如電容的電極)。當(dāng)計數(shù)輪轉(zhuǎn)到不同的位置時，傳感器獲得的信號強度不同，通過測量電路和單片機測出每個傳感器的信號強度，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字后進行遠(yuǎn)傳。這種方法的缺陷是信號容易受到介質(zhì)特性的影響(如流體中的雜質(zhì))，而且需要改變原計量儀表的結(jié)構(gòu)，實施起來很困難，目前還未見有工程實施的實例。典型的是ABB研究有限公司的輪式計數(shù)器，中國專利申請CN01112371。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種輪式計數(shù)器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸方法及實現(xiàn)這種數(shù)據(jù)采集裝置及和相應(yīng)配套的遠(yuǎn)傳技術(shù)。本發(fā)明目的在于采用圖像傳感器和計算機圖像識別技術(shù)來讀取輪式計數(shù)器的計數(shù)，并通過現(xiàn)場總線進行控制和數(shù)據(jù)傳輸。
本發(fā)明目的還在于提供一種采用間歇讀數(shù)的方式讀取機械輪式計數(shù)器，適用于定期計量的場合，如居民或企事業(yè)單位的水、電、煤氣的計費儀表。
本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，是在輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上設(shè)有區(qū)別不同數(shù)字的圖形碼，另可設(shè)有光學(xué)鏡頭及圖像傳感器，由光學(xué)鏡頭讀出計數(shù)器窗口的計數(shù)輪，并由圖像傳感器和單片機裝置記錄并進行識別；通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)降綌?shù)據(jù)收集中心或遠(yuǎn)程的計費中心計算機。輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集裝置亦如上所述在輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上設(shè)有區(qū)別不同數(shù)字的圖形碼，設(shè)有在計數(shù)輪上讀數(shù)的圖像傳感器，圖像傳感器經(jīng)單片機電路處理并記錄識別；傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元或計費中心計算機。圖像傳感器包括色敏半導(dǎo)體陣列，計數(shù)輪窗口處設(shè)有光源。在圖像傳感器和計數(shù)輪之間設(shè)有光學(xué)鏡頭或光纖用于傳導(dǎo)計數(shù)輪圖像。
對光學(xué)鏡頭及圖像傳感器的定義光學(xué)鏡頭包括但不限于普通的光導(dǎo)透鏡，會聚透鏡，圖像傳感器包括但不限于CCD或MOS面陣型光敏傳感器。尤其是選擇或?qū)⒐饷魝鞲衅髦瞥删€形排列。
本發(fā)明一般可以采用一維圖形碼即可識別十個區(qū)別的數(shù)字，當(dāng)然采用二維圖形碼可以提高圖像的準(zhǔn)確識別率，當(dāng)然采用現(xiàn)有的一維條形碼也完全可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
本發(fā)明一般用常用的0-9十個十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用形狀簡單的圖形碼表示，如多種條形碼形及可區(qū)別的十個圖案來表示，如圖2、圖3給出。
本發(fā)明依據(jù)的是人工視覺原理。采用光學(xué)傳感器、單片機系統(tǒng)及其輔助電路模擬人的眼睛讀取輪式計數(shù)器的過程。
本發(fā)明的特點是采用圖像傳感器(或光敏半導(dǎo)體器件)和信號處理器來模擬人的視覺，將計數(shù)器指示的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字后在通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心。本項發(fā)明可用于解決基于機械輪式計數(shù)器的計量儀表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸，如水表、煤氣表等計量儀表的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。根據(jù)本項發(fā)明所開發(fā)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳技術(shù)無須改變原計量儀表的結(jié)構(gòu)，具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點。
本發(fā)明是機電分離式，且完全無須電源提供至表具的機械工作計數(shù)部位，因此，對燃?xì)獗碛绕溥m用。
計數(shù)輪上標(biāo)有阿拉伯?dāng)?shù)字或其它數(shù)字符號，尤其是采用刻蝕等方法標(biāo)出。
采用本項發(fā)明不必改變原計量儀表的機械結(jié)構(gòu)，只需在原來的計數(shù)器讀數(shù)窗口安裝一套按照本項發(fā)明制作的讀數(shù)裝置。依據(jù)本項發(fā)明制作的計量儀表不存在漏計或誤計的問題，計量精度只取決于原有儀表的精度。由于當(dāng)前計量數(shù)據(jù)始終保留在計數(shù)輪上，系統(tǒng)的失電或維護期間的數(shù)據(jù)不會丟失?？梢圆扇∷查g加電工作采集數(shù)據(jù)，可以不定時和定時采集，對用戶數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。
四

圖1為本發(fā)明帶透鏡識別計數(shù)輪的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明計數(shù)輪結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明計數(shù)輪窗口結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明計數(shù)輪的0-9的一種編碼結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明計數(shù)輪的0-9的另一種編碼結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明直接識別計數(shù)輪的結(jié)構(gòu)示意7為本發(fā)明光纖傳遞計數(shù)輪圖碼的結(jié)構(gòu)示意8為本發(fā)明透鏡傳遞計數(shù)輪圖碼的結(jié)構(gòu)示意9為本發(fā)明圖象識別電路框10為本發(fā)明根據(jù)計數(shù)窗口和圖像傳感器的相對位置，取出每個數(shù)字窗口所對應(yīng)的像素進行計算的示意圖；圖中，計數(shù)輪1、表具面板2、照明燈3、圖像傳感器5、光學(xué)鏡頭4、光纖4-1、單片機系統(tǒng)包括圖象識別和控制電路板6、外部電源7、計費中心計算機8。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明圖像傳感器5(CCD或MOS面陣型)主要采集表具個位以上數(shù)位的數(shù)字，小數(shù)點后的位數(shù)不進行識別。個位及以上的數(shù)字是確定的，而不是隨時動作，且精度足夠。
圖像傳感器5(CCD或MOS面陣型)對數(shù)據(jù)的采集形式是CCD或MOS面陣型陣列對每個數(shù)字單元以軟件進行識別通過單片機等6記錄色敏二極管陣列的信號的組合，從而識別出對應(yīng)的圖形碼所代表的數(shù)字，得到的數(shù)字信號輸出至信號的接收端。
典型的實施方案之一如圖1所示。由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料制成的照明燈3照亮涂有圖形碼(二維)的輪式計數(shù)器1的計數(shù)窗口2，窗口內(nèi)的圖像通過光學(xué)鏡頭4進入圖像傳感器5(CCD或MOS面陣型)，然后通過單片機系統(tǒng)5記錄并進行識別后通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心計算機8。裝置的電力由外部電源7供給。實施本方案的關(guān)鍵之一是需要將普通輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上的十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用形狀簡單的圖形碼表示，如圖2所示。圖3給出了透過窗口顯示的一組圖形碼。圖4給出了一組典型的編碼方式(共10個數(shù)字)。
典型的實施方案之二如圖6所示。由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料制成的照明燈3照亮涂有條形碼(一維)的輪式計數(shù)器1的面板的計數(shù)窗口2，窗口內(nèi)的圖像通過緊貼型傳感器5(CCD或MOS線陣型或面陣型)，然后通過單片機系統(tǒng)6記錄并進行識別后通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心計算機8，8亦可以是單元樓或樓層的數(shù)據(jù)收集終端。裝置的電力由外部電源7供給。實施本方案的關(guān)鍵之一是需要將普通輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上的十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用形狀簡單的條形碼表示。圖5給出了一組典型的編碼方式，也可以采用目前的常用的商用條形碼組合。
典型的實施方案之三如圖7所示。由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料制成的照明燈3照亮涂有圖形碼(二維)或條形碼(一維)的輪式計數(shù)器1的計數(shù)窗口2，窗口內(nèi)的圖形或條形碼通過光纖4導(dǎo)入色敏(或光敏)二極管陣列5，通過單片機6記錄色敏(或光敏)二極管陣列電路的信號組合，從而識別出對應(yīng)的圖形碼所代表的數(shù)字，然后通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心計算機8。裝置的電力由外部電源7供給。實施本方案的關(guān)鍵之一是需要將普通輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上的十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用形狀簡單的至少兩種色彩(如黑白)的圖形碼表示。與方案一相似，可采用圖4或圖5給出的編碼方式。
典型的實施方案之四如圖8所示。由電致發(fā)光半導(dǎo)體材料制成的照明燈3照亮涂有圖形碼(二維)的輪式計數(shù)器1的計數(shù)窗口2，窗口內(nèi)的若干個數(shù)字組合通過光學(xué)鏡頭4進入色敏二極管陣列5，通過單片機6記錄色敏二極管陣列的信號的組合，從而識別出對應(yīng)的圖形碼所代表的數(shù)字，然后通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心計算機8。裝置的電力由外部電源7供給。實施本方案的關(guān)鍵之一是需要將普通輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上的十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用形狀簡單的至少兩種色彩(如黑白)的圖形碼表示。與方案一相似，可采用圖4和圖5給出的編碼方式。
在數(shù)字輪上采用圖形碼或條形碼等并不影響計數(shù)器的機械結(jié)構(gòu)，在計數(shù)器制造過程中極易實現(xiàn)。也可以根據(jù)需要采用四進制、八進制等非十進制計數(shù)輪。數(shù)字輪的圓周上只要采用四個或八個圖形即可。
在計數(shù)輪上另行標(biāo)定0-9個數(shù)字是可行的，但數(shù)字標(biāo)記的顏色較淡，不至于影響圖碼的數(shù)字閱讀。
本發(fā)明是條碼數(shù)字識別的簡化應(yīng)用，一維條形碼也完全可以實現(xiàn)本發(fā)明，可以全盤照搬條碼數(shù)字識別系統(tǒng)，將輪式計數(shù)器整個圓周分成十個位置(或制成四進制、八進制等非十進制計數(shù)輪)，0-9共十個數(shù)字均用條形碼給出。常用的條形碼有39碼等。當(dāng)然用格狀等二維條形碼也沒有超出本發(fā)明的范圍。只是要采用相應(yīng)的譯碼電路。
圖9本發(fā)明圖象識別電路框圖中，只要采用簡單的單片計算機電路(如PIC1687F系列)控制圖像傳感器(如TCD127)及其驅(qū)動電路。當(dāng)然，可以完全采用條形碼及相應(yīng)譯碼電路。
對計數(shù)輪進行光學(xué)識別的流程和算法見圖101.通過由單片計算機(如PIC1687F系列)控制圖像傳感器(如TCD127)及其驅(qū)動電路和光學(xué)系統(tǒng)獲得計數(shù)窗口的圖像像素(一維或二維)；2.根據(jù)計數(shù)窗口和圖像傳感器的相對位置，取出每個數(shù)字窗口所對應(yīng)的像素；3.將像素數(shù)據(jù)進行二值化處理，獲得如圖中的第一行的像素序列(考慮到表面上的污染等因素，得到的像素序列可能含有噪聲，圖中給出的是比較噪聲嚴(yán)重的情況)；4.用獲得的像素數(shù)據(jù)與預(yù)先編碼的條形(或圖形)碼的0-9所對應(yīng)的理想像素進行逐個像素相減，并求出各個差值的平方和S，見圖9及下述表格；

5.S的最小值所對應(yīng)的數(shù)字就是圖像傳感器從計數(shù)窗口讀出的數(shù)據(jù)，從表中可以判斷出本例中，S的最小值是7，所以對應(yīng)的讀出數(shù)據(jù)應(yīng)該是8；6.對所有窗口都進行同樣的處理，獲得每個窗口的數(shù)據(jù)；7.啟動通訊控制器(如MAX485)，將數(shù)據(jù)傳送到總線?？刂茊纹嬎銠C控制光源和數(shù)據(jù)采集電路，因此，很容易實現(xiàn)只是數(shù)據(jù)的采集和傳輸瞬時供電。
說明通過提高單位寬度像素數(shù)目(分辨率)的方法既可有效抑制噪聲，本例中給出的是每組32個像素，實際使用中可以提高到64甚至更高的像素數(shù)目。此外，更可以采用本項發(fā)明提出的二維圖形碼。一般而言，每毫米16像素已經(jīng)可以滿足幾乎所有的情況。
總線傳輸?shù)膶嵤┎捎肞rofibus現(xiàn)場總線等，無線傳輸可以采用GPRS方式等。
單片機對圖形識別處理的電路是現(xiàn)有技術(shù)，并可以是專用芯片，其中包括畸變校正、脈沖補償、模數(shù)轉(zhuǎn)換；另可能還包括色度校正等電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元或計費中心計算機。
權(quán)利要求
1.輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，其特征是在輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上設(shè)有區(qū)別不同數(shù)字的圖形碼，設(shè)有在計數(shù)輪上讀數(shù)的圖像傳感器，圖像傳感器經(jīng)單片機電路處理并記錄識別；傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元或計費中心計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，其特征是輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上用0-9十個十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用條狀或格狀形狀的圖形碼表示可區(qū)別的十個圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，其特征是單片機電路處理后數(shù)據(jù)由無線或通過總線有線傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，其特征是數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃矔r供電的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法，其特征是在圖像傳感器和計數(shù)輪之間設(shè)有光學(xué)鏡頭或光纖用于傳導(dǎo)計數(shù)輪圖像。
6.輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集裝置，其特征是包括設(shè)有區(qū)別不同數(shù)字的圖形碼輪式計數(shù)器、圖像傳感器或色敏半導(dǎo)體陣列，計數(shù)輪窗口處設(shè)有光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于在圖像傳感器和計數(shù)輪之間設(shè)有光學(xué)鏡頭或光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于計數(shù)輪上標(biāo)有阿拉伯?dāng)?shù)字或其它數(shù)字符號的輪式計數(shù)器。
全文摘要
輪式計數(shù)器計數(shù)的遠(yuǎn)程采集和傳輸方法及裝置，在輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上設(shè)有區(qū)別不同數(shù)字的圖形碼，設(shè)有在計數(shù)輪上讀數(shù)的圖像傳感器，圖像傳感器經(jīng)單片機電路處理并記錄識別；傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元或計費中心計算機。輪式計數(shù)器的計數(shù)輪上用0－9十個十進制阿拉伯?dāng)?shù)字用條狀或格狀形狀的圖形碼表示可區(qū)別的十個圖案。本發(fā)明采用圖像傳感器和信號處理器來模擬人的視覺，將計數(shù)器指示的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字后在通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的計費中心。本項發(fā)明可用于解決基于機械輪式計數(shù)器的計量儀表的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和傳輸，如水表、煤氣表等計量儀表的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。根據(jù)本發(fā)明所開發(fā)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳技術(shù)無須改變原計量儀表的結(jié)構(gòu)，具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點。
文檔編號G01F15/06GK1438474SQ0311305
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者張輝 申請人:張輝