一种无线多功能抄表系统

摘要

本发明涉及一种无线多功能抄表系统，采集器、操作器、传输器、管理平台以及电池设备，电池设备分别与采集器、操作器、传输器以及管理平台连接；采集器、操作器以及管理平台之间通过传输器进行信息交换；可实现远程无线抄表，避免扰民，减少抄表成本，支持多种抄表方式，适用于机械表头和智能表头，且适用于电表、水表、燃气表等，泛用性极强，具备防盗机构，可以保护硬件设备的安全，且自身可检测部分故障，便于及时处理，超低功耗控制，可实现长时间续航，具备自身电池电压检测，能提醒维护人员及时上站更换电池，管理平台可对数据进行分析，更加方便。

权利要求

1.一种无线多功能抄表系统，包括采集器(10)、操作器(20)、传输器(30)、管理平台(40)以及电池设备(50)，所述电池设备(50)分别与所述采集器(10)、所述操作器(20)、所述传输器(30)以及所述管理平台(40)连接；

所述采集器(10)、所述操作器(20)以及所述管理平台(40)之间通过传输器(30)进行信息交换；其特征在于：所述采集器(10)包括摄像头(11)、转换器(12)以及红外交互器(13)，所述摄像头(11)、所述转换器(12)以及所述红外交互器(13)均与管理平台(40)通过传输器(30)进行信息交换。

2.根据权利要求1所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述操作器(20)包括控制器(21)、操作台(22)以及防盗机构(23)，所述操作台(22)与所述控制器(21)连接，

所述控制器(21)还与所述采集器(10)连接，

所述防盗机构(23)设置在所述采集器(10)、操作台(22)以及电池设备(50)外。

3.根据权利要求2所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述操作器(20)还包括LED指示灯(24)，所述LED指示灯(24)与所述控制器(21)连接。

4.根据权利要求2所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述操作器(20)还包括闪光灯灯板(25)，所述闪光灯灯板(25)与所述控制器(21)连接。

5.根据权利要求1所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述传输器(30)包括无线中转器(31)和无线天线(32)，所述无线天线(32)与所述无线中转器(31)连接，所述无线中转器(31)分别与所述采集器(10)、所述操作器(20)、所述电池设备(50)连接。

6.根据权利要求1所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述管理平台(40)包括图片识别平台(41)和数据管理平台(42)，所述图片识别平台(41)、所述数据管理平台(42)与所述传输器(30)交换信息，所述图片识别平台(41)与所述数据管理平台(42)连接。

7.根据权利要求1所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述电池设备(50)包括锂电池组(51)和电池电压检测设备(52)，所述锂电池组(51)分别与所述采集器(10)、所述操作器(20)、所述传输器(30)以及所述管理平台(40)连接，所述电池电压检测设备(52)与所述锂电池组(51)连接，所述电池电压检测设备(52)还与所述传输器(30)连接。

8.根据权利要求2所述的无线多功能抄表系统，其特征在于：所述控制器(21)内设有低功耗芯片。

说明书

一种无线多功能抄表系统

技术领域

[0001] 本发明属于抄表设备技术领域，尤其涉及一种无线多功能抄表系统。

背景技术

[0002] 电表、水表、燃气表等是常见的民用设备，对于表中数据的读取，现下大部分地区还保留着传统的人工抄表模式，即抄表员按固定周期每家每户上门抄表或在表头集中处统一抄表，人工抄表不仅需要大量人力、财力，同时也给各家用户带来诸多不便。

[0003] 如授权公开号为CN205140186U公开的一种无线多功能抄表系统，采用智能模块将电表数据等输送至智能终模块。

[0004] 但是，目前绝大部分电表仍为旧式机械表，不具备通讯接口，全部更换的预算较高，且未延伸至水表、燃气表等其他相似表头。

[0005] 并且，抄表的设备本身不具备预警和防盗功能，功耗较大，数据整合后不具备处理分析的能力。

发明内容

[0006] 针对上述问题，本发明提供，主要解决了现有技术中抄表系统适用的电表种类较少、抄表系统不具备预警和防盗功能、抄表系统能耗较大且无法对收集的数据进行适当分析等问题。

[0007] 为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

[0008] 无线多功能抄表系统，包括采集器、操作器、传输器、管理平台以及电池设备，[0009] 所述电池设备分别与所述采集器、所述操作器、所述传输器以及所述管理平台连接；

[0010] 所述采集器、所述操作器以及所述管理平台之间通过传输器进行信息交换；

[0011] 所述采集器包括摄像头、转换器以及红外交互器，

[0012] 所述摄像头、所述转换器以及所述红外交互器均与管理平台通过传输器进行信息交换。

[0013] 一种方式，所述操作器包括控制器、操作台以及防盗机构，

[0014] 所述操作台与所述控制器连接，

[0015] 所述控制器还与所述采集器连接，

[0016] 所述防盗机构设置在所述采集器、操作台以及电池设备外。

[0017] 一种方式，所述操作器还包括LED指示灯，

[0018] 所述LED指示灯与所述控制器连接。

[0019] 一种方式，所述操作器还包括闪光灯灯板，

[0020] 所述闪光灯灯板与所述控制器连接。

[0021] 一种方式，所述传输器包括无线中转器和无线天线，

[0022] 所述无线天线与所述无线中转器连接，

[0023] 所述无线中转器分别与所述采集器、所述操作器、所述电池设备连接。

[0024] 一种方式，所述管理平台包括图片识别平台和数据管理平台，

[0025] 所述图片识别平台、所述数据管理平台与所述传输器交换信息，

[0026] 所述图片识别平台与所述数据管理平台连接。

[0027] 一种方式，所述电池设备包括锂电池组和电池电压检测设备，

[0028] 所述锂电池组分别与所述采集器、所述操作器、所述传输器以及所述管理平台连接，

[0029] 所述电池电压检测设备与所述锂电池组连接，

[0030] 所述电池电压检测设备还与所述传输器连接。

[0031] 一种方式，所述控制器内设有低功耗芯片。

[0032] 本发明的有益效果是：

[0033] 1、可实现远程无线抄表，避免扰民，减少抄表成本；

[0034] 2、支持多种抄表方式，适用于机械表头和智能表头，且适用于电表、水表、燃气表等，泛用性极强；

[0035] 4、具备防盗机构，可以保护硬件设备的安全，且自身可检测部分故障，便于及时处理；

[0036] 5、超低功耗控制，可实现长时间续航，具备自身电池电压检测，能提醒维护人员及时上站更换电池；

[0037] 6、管理平台可对数据进行分析，更加方便。

附图说明

[0038] 图1为本发明提供的无线多功能抄表系统的工作流程示意图；

[0039] 图2为本发明提供的摄像头模块电路图；

[0040] 图3为本发明提供的红外交互器的功能电路图；

[0041] 图4为本发明提供的转换器的功能电路图；

[0042] 图5为本发明提供的NBITO类型的无线中转器；

[0043] 图6为本发明提供的GPRS类型的无线中转器；

[0044] 图7为本发明提供的电池电压检测设备的功能电路图。

[0045] 图中：

[0046] 10、采集器；11、摄像头；12、转换器；13、红外交互器；20、操作器；21、控制器；22、操作台；23、防盗机构；24、LED指示灯；25、闪光灯灯板；30、传输器；31、无线中转器；32、无线天线；40、管理平台；41、图片识别平台；42、数据管理平台；50、电池设备；51、锂电池组；52、电池电压检测设备。

具体实施方式

[0047] 下面结合附图对本发明进行进一步说明：

[0048] 无线多功能抄表系统，包括采集器10、操作器20、传输器30、管理平台40以及电池设备50，电池设备50分别与采集器10、操作器20、传输器30以及管理平台40连接；

[0049] 采集器10、操作器20以及管理平台40之间通过传输器30进行信息交换；

[0050] 采集器10包括摄像头11、转换器12以及红外交互器13，摄像头11、转换器12以及红外交互器13均与管理平台40通过传输器30进行信息交换；

[0051] 摄像头11，优选OV2640摄像头，为200W像素高分辨率摄像头，具有DCMI数字摄像头接口，连接至主控芯片STM32L496，具备拍摄图像像素高，图片清晰等特点；

[0052] 转换器12，优选搭载RS485芯片的模块，主控芯片串口发送接收引脚电性连接至TP8485E RS485转换芯片，将TTL电平信号和RS485电平信号相互转换；

[0053] 红外交互器13，优选的，红外发送采用IR204C-A红外发送管，红外发送需要38KHZ的载波信号，主控芯片PWM输出引脚(38KHZ频率，1/3占空比)和串口发送引脚电性连接至该模块，38KHZ的载波信号将串口发送脚数据调制后通过该红外发送模块发送出去。红外接收模块采用IRM-56384红外接收模块，主控芯片串口接收脚电性连接至该模块，该模块接收到环境中的红外信号后，解调为高低电平信号送至主控芯片串口接收脚。

[0054] 操作器20包括控制器21、操作台22以及防盗机构23，操作台22与控制器21电线连接，控制器21还与采集器10电线连接，防盗机构23设置在采集器10、操作台22以及电池设备50外；

[0055] 控制器21优选为搭载STM32L496芯片的模块，STM32L496主控芯片包括CORTEX-M4内核芯片、低功耗系列芯片(休眠电流<6uA)、主频最高80MHZ、具备数字摄像头11接口DCMI、多路串口UART、定时器PWM信号输出、1M flash存储空间、320k SRAM数据存储空间，适用于图像视频等大容量处理领域；

[0056] 控制台，包括电源开关按键、唤醒按键、复位按键等，电源开关按键用于控制设备电源开关，方便控制设备的供电而不用拆卸电池，唤醒按键用于唤醒设备，唤醒后可以使用平台或上位机对设备进行参数设置，如设备本地时间设置、下次拍照时间设置、拍照间隔配置以及设备在线升级功能等，复位按键用于复位设备，设备复位后会立即拍摄表盘读数并上送该图片，并且复位所有设置参数，用于首次安装校验及定期巡检维护。

[0057] 优选的，防盗机构23分为两种，一种是设置在采集器10、操作台22以及电池设备50外的外壳，外壳门的门锁处设有触点式感应器，一旦外壳门被打开，会触发触点式感应器，另一种为单纯的触点式感应器，但这种触点式感应器分为两部分，一部分是设置在采集器10、操作台22以及电池设备50这三个部位的安装座上，另一部分设置在采集器10、操作台22以及电池设备50这三个部位安装在外壳上的位置处，一般两部分的触点式感应器互相接触，不触发报警，一旦采集器10、操作台22以及电池设备50这三个部件脱离了安装位置，即触点式感应器之间分离，则立刻触发报警，在外壳上还设有警报器，收到触电感应器的信号，便会立刻鸣警，同时信号还会通过传输器30发送到管理平台40，实现远程报警；

[0058] 操作器20还包括LED指示灯24，LED指示灯24与控制器21电线连接，用作设备当前运行状态的指示，优选可指示当前设备在拍照抄表、传输数据以及休眠等状态；

[0059] 操作器20还包括闪光灯灯板25，闪光灯灯板25与控制器21电线连接，用于在夜间或光线较暗的环境内为摄像头11提供足够的采光度，保证捕捉画面的清晰。

[0060] 传输器30包括无线中转器31和无线天线32，无线天线32与无线中转器31电线连接，无线天线32可以增强无线模块发射和接收数据信号的性能；无线中转器31分别与采集器10、操作器20、电池设备50电线连接，实现无线传输数据，无线中转器31优选带有NBIOT/GPRS模块的中转器。

[0061] 管理平台40包括图片识别平台41和数据管理平台42，图片识别平台41、数据管理平台42自带无线传输功能，可以与与无线中转器31进行交换信息，图片识别平台41与数据管理平台42电线连接，但最优的，两者之间通过无线进行信息交换；

[0062] 图片识别平台41主要对采集端收集的图片数据进行识别和处理，将处理后的结果传输给数据管理平台42进行分析；数据管理平台42用于接收处理后的图片信息、智能表头的数据信息、以及电池设备50的信息等，进行分析管理。

[0063] 电池设备50包括锂电池组51和电池电压检测设备52，锂电池组51分别与采集器10、操作器20、传输器30以及管理平台40连接，电池电压检测设备52与锂电池组51电线连接，电池电压检测设备52还与传输器30电线连接；

[0064] 锂电池组51优选6V锂电池组，这种高能量密度的锂电池，不仅可以为设备正常供能，还可以在极端环境下输出电能；

[0065] 电池电压检测设备52，能够检测自身电池电压和剩余电量，当电量低于一定的告警阈值是将会触发低电压告警，通过NBIOT/GPRS模块将低电压告警上送至数据管理平台42显示与保存，通知维护人员上站更换电池。

[0066] 本实施例中，如控制台22的每个按钮对应一种特定的指令，该指令传输到控制器21内，根据预存的程序比对，对相应的部件发出简单指令，实现操作，如控制台22设备开关键摁下后，控制台22向控制器21发出指令，控制器21识别指令后，向设备电路总开关部件下发闭合或断开的指令，实现设备的开启与关闭；

[0067] 又比如控制采集器10定期唤醒拍摄、防盗机构23触发报警后信号的传输、管理平台40根据已有数据生成表格等控制程序均采用现有技术即可。

[0068] 工作原理：摄像头11拍摄机械表头的读数图片并将图片上传至图片识别平台41识别进行读取，生成数据，图片识别平台41将当前读数、往次读数、拍摄的原始图片发送至数据管理平台42进行存储和分析，这种方式通用性较强，可用于各类电表、水表、燃气表等，无论机械表头或智能表头，只要带有可观测的读书模块，就可以使用这种方式；

[0069] 摄像头11设定按某种频率自动唤醒，同时考虑到一些表头为多屏液晶跳变表，表头的读数会跳变，想要抓拍到总电量页较为困难，所以摄像头11可以采用每天唤醒一次，唤醒时间在清晨或傍晚，每次唤醒抓拍5次，间隔时间为5秒，每次抓拍三张图片，通过这种方式来获得表头的频显参数；

[0070] 将表头类型和拍摄的读数图片通过无线模块上传到图片识别平台41，图片识别平台41，图片识别平台41基于卷积神经网络算法识别出图像上的表头读数，图像的数据量较大的，该卷积神经网络算法通过引入卷积核巧妙地进行优化，该卷积核对图像进行局部扫描，并提取其中的特征，针对小卷积核无法获取图像全局特征的缺点，通过增加网络层数，前面的多层小卷积核的感应视野逐渐叠加，后面的小卷积核的感应视野也会逐渐扩大；

[0071] 而且随着网络层数的增加，每次完成卷积后都会引入ReLU(RectifiedLinear Unit的简称，线性整流函数，又称修正线性单元，是一种人工神经网络中常用的激活函数，通常指代以斜坡函数及其变种为代表的非线性函数)激活函数，对模型引入了更多的非线性，增强了网络的拟合能力；

[0072] 通过对大量图像的处理后，提取出表头读数的特征值导入数据库中，进而可以实现对一幅新图像的分析，提取出其中的特征值，并与数据库中的特征进行对比，得出相似度最高的数字，从而较为完整地具备了识别图像中的表头读数的功能；

[0073] 将原始图片和识别读数结果发送至数据管理平台42，数据管理平台42基于表头读数和储存在数据管理平台42上的历史表头读数，得到用户的使用量信息；数据管理平台42对电表数据生成使用量(用电量、用水量或用燃气量)信息、历史数据、趋势分析等图表，帮助客户对计量表进行监控；

[0074] 数据管理平台42将得到的用户使用量信息和表头读数图片传输至移动数据端，如手机、电脑等，达到实时监控和安装时调整设备位置的目的，安装时通过摄像头11试拍照片，安装人员借助手机端检查安装位置是否正确，读书角度是否合适；

[0075] 原始表头读数图片还可用于人工读数复核及校正，平台管理人员定时审核各用户使用量信息，当发现使用量与之前发生明显异常时，则会查看原始表头读数图片来进行复核确认，如果人工识别结果与图像识别平台结果不一致，则启用使用量校正操作，将人工复核结果填入相应位置，数据管理平台42对复核结果进行存储，最终结果以人工复核为准。

[0076] 红外抄表方式适用于具备红外接口的智能表头，红外抄表方式具备抗干扰强、无需通讯线缆等优点，与拍照识别表头读数的抄表方式相比，红外抄表方式的读数准确率高，获取表盘读数更方便，传输时间更短，设备耗电小，续航时间更长；

[0077] 根据所抄目标电表的协议类型，配置抄表器启用对应的电表通讯协议，使用红外无线功能发送获取使用量、获取表头通讯地址等指令来实现与智能表头的交互；

[0078] 例如，智能电表红外接口参数：1、红外波长为900-1000nm；

[0079] 2、红外调制波频率为38kHz±1kHz；

[0080] 3、通信速率为2400bps；

[0081] 所以对应的，本设备选用的红外发射头和红外接收头其红外波长都为940nm，采用主控芯片STM32L496的串口UART连接红外发射头和红外接收头，实现红外的收发功能，串口波特率配置为2400bps，使用主控芯片STM32L496生成一路频率为38KHZ，占空比为1/3的PWM信号做为红外的载波信号，该信号用于调制串口发出的数据，将串口发送的数据调制成红外信号并通过红外发射头发送出去，红外接收头接收到环境中的红外信号后，会将红外信号解调为电平信号送往其电性连接的串口的接收端，主控芯片STM32L496则会对接受的红外信号经行处理，实现红外与智能电表交互通信的功能，将获取到的电表类型和电表电量数据通过NBIOT/GPRS等无线模块上送到数据管理平台42一般非图片数据都是直接上送到数据管理平台42，数据管理平台42对电表数据生成使用量信息、历史数据、趋势分析等图表，帮助客户对计量表进行监控。

[0082] RS485的转换器12抄表方式适用于具备RS485通信接口的智能表头，RS485抄表具备稳定、抄表速率高等优点，与拍照识别表头的读数抄表方式相比，其抄表读数准确率高，获取表盘读数更方便，传输时间短，直接跳过图片的传输步骤，设备耗电小，续航时间更长；

[0083] 与红外抄表的方式相比，其成本更低；

[0084] 例如，根据所抄目标电表的协议类型，配置抄表器启用对应的电表通讯协议，使用RS485通讯线发送获取电量、获取电表通讯地址等指令来实现与智能电表交互，实现抄表的功能，将获取到的电表类型和电表电量数据通过NBIOT/GPRS等无线模块直接上送到数据管理平台42，数据管理平台42对电表数据进行统计、分析、告警等管理。数据管理平台42对电表数据生成使用量信息、历史数据、趋势分析等图表，帮助客户对计量表进行监控。

[0085] 整个设备具备防盗告警、低电压告警、摄像头11异常告警等，当发生相应告警事件后，会通过无线网络将告警信号送至数据管理平台42，数据管理平台42对告警信号进行存储，并送往移动端进行告警显示，提醒维护人员或用户，达到及时警告的作用，方便后续处理。

[0086] 通过CORTEX-M4内核低功耗芯片，配合特定的休眠机制唤醒拍照上传图片，然后进入休眠状态，来提高抄表设备的续航时间。

[0087] 本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内,本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。