基本信息
- 項目名稱：
- 基于無線與圖像的家用儀表數(shù)值識讀裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品為基于無線通信和圖像處理的家用儀表數(shù)值識讀裝置，采用CMOS圖像傳感器讀取儀表的數(shù)值，由高性能DSP處理器進行處理和識別，通過近距無線ZigBee通訊發(fā)送至集中器。目的是以較小的代價實現(xiàn)數(shù)字式儀表計量值的采集和識讀，避免煩瑣的綜合布線和線路改造，達到真正意義上的三表遠傳，有效解決人工抄表存在的入戶擾民、入戶難和不安全因素。本項目是快速靈活實現(xiàn)抄表自動化的最有效方式之一，具有廣闊的應用和發(fā)展前景。
- 詳細介紹：
- 立項背景：人工抄表費力擾民，當前存在的自動抄表系統(tǒng)成本高、可靠性差、管線改裝復雜。本項目針對舊表進行改造，實現(xiàn)智能抄表。 研究內(nèi)容：系統(tǒng)由圖像采集、系統(tǒng)主板和無線傳輸三部分組成，基本工作過程為：DSP處理器TMS320DM642對攝像頭采集的圖像進行識別處理，圖像處理包括尋找價值區(qū)域、字符切割、二值化等，之后送入BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行識別，識別的結(jié)果通過Zigbee模塊CC2430實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 應用前景：本作品可廣泛應用于家庭儀表的自動抄表和工業(yè)數(shù)字儀表的自動識讀；通過算法改進，能夠?qū)崿F(xiàn)指針型的儀表識讀、智能圖像監(jiān)控以及二維條碼識別等。 創(chuàng)新點：(1)以圖像方式實現(xiàn)家用儀表數(shù)值采集和識讀，不需要對現(xiàn)有儀表進行機械改造，其可靠性和準確性優(yōu)于現(xiàn)有的自動抄表系統(tǒng)；(2)以無線Zigbee方式實現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)的可靠穿墻傳輸，能夠避免管線改造所帶來的極大不便，從根本上解決了入室讀表的弊端；(3)僅在必要時讀取數(shù)據(jù)，杜絕了現(xiàn)有脈沖式讀表固有的累積誤差，能夠以圖片形式保存歷史數(shù)據(jù)，防止資源盜用和非法改造。(4)系統(tǒng)很容易通過算法改進實現(xiàn)升級和功能擴展。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目 的：解決當前自動抄表系統(tǒng)存在的成本高、可靠性差、管線改裝復雜等問題，有效克服人工抄表存在的入戶難、入戶擾民、不安全等固有缺陷，實現(xiàn)真正意義上的智能抄表和數(shù)據(jù)遠傳。 基本思路：在傳統(tǒng)儀表上，加裝圖像式數(shù)值獲取與識別裝置，在不影響現(xiàn)有儀表使用、不進行大幅度機械改造的前提下，以DSP處理器和智能圖像處理算法實現(xiàn)儀表數(shù)值自動識讀，通過無線通訊進行數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)準確便捷、低成本的自動抄表。 創(chuàng) 新 點：(1)以圖像方式實現(xiàn)家用儀表數(shù)值采集和識讀，不需要對現(xiàn)有儀表進行機械改造，其可靠性和準確性優(yōu)于現(xiàn)有的自動抄表系統(tǒng)；(2)以Zigbee無線通訊方式實現(xiàn)抄表數(shù)據(jù)的可靠穿墻傳輸，能夠避免管線改造所帶來的極大不便，從根本上解決了入室讀表的弊端；(3)僅在必要時讀取數(shù)據(jù)，杜絕了現(xiàn)有脈沖式讀表固有的累積誤差，能夠以圖片形式保存歷史數(shù)據(jù)，防止資源盜用和非法改造。(4) 由于采用圖像方式獲取數(shù)據(jù)，能夠在不改變硬件的前提下通過算法改進實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴展。 關(guān)鍵技術(shù)：DSP系統(tǒng)開發(fā)、圖像獲取、圖像處理算法、嵌入式數(shù)字識別、Zigbee通信 技術(shù)指標：對典型的6數(shù)字儀表讀數(shù)的識別速度為2秒左右；正常環(huán)境下讀數(shù)識別準確率達100%，較差環(huán)境或存在干擾時的一次識讀正確率達98%以上；在普通建筑材料條件下，可穿越室內(nèi)3堵墻壁實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；可保存的儀表讀數(shù)歷史圖像不低于2000幅；采用電池供電可持續(xù)工作12個月。
科學性、先進性
- 現(xiàn)有技術(shù)：目前大多數(shù)家庭儀表仍然采用人工抄表方式；現(xiàn)有的自動抄表裝置主要采用霍耳傳感器，將齒輪或指針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為周期性的脈沖信號。實踐證明，其可靠性無法保證，使用中存在著以下弊端：(1)需要對原有儀表進行大幅度的機械改造，工作繁瑣、成本很高；(2)表盤抖動和電磁干擾容易造成脈沖丟失或多計脈沖，隨時間累積造成較大的讀數(shù)誤差；(3)通過信號線傳輸至采集器，需要進行管線改造，用戶的使用意愿不高。 本技術(shù)特點：本設計采用圖像方式進行數(shù)據(jù)采集，能夠避免對現(xiàn)有儀表的機械改造，排除環(huán)境對計量準確性的影響，提高了自動抄表的準確性和可靠性；由于采用無線ZigBee來實現(xiàn)近距離通信，能夠有效避免繁雜的布線，安裝使用的代價很低，易于進行大規(guī)模推廣應用；通過算法和軟件升級，系統(tǒng)能夠適用于不同型號的數(shù)值型儀表，具有寬廣的應用范圍。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1.在本作品的創(chuàng)作過程中，研究小組成員以第一作者身份共撰寫學術(shù)論文8篇，目前已經(jīng)錄用7篇，其中國際會議5篇（均為EI源），國內(nèi)核心期刊2篇。 2.依托項目主要研究內(nèi)容所提出的國家級大學生創(chuàng)新性實驗項目，結(jié)題時被評為優(yōu)秀項目。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：將該裝置安裝在家用儀表的正上方，調(diào)整好距離和角度，以確保拍攝圖像的完整度和清晰度。在安裝時設定終端ID號，以區(qū)分不同用戶。裝置在一次采集并發(fā)送數(shù)據(jù)確認無誤后自動轉(zhuǎn)入休眠，收到集中器呼叫才進入工作狀態(tài)。 技術(shù)特點及優(yōu)勢： 1.體積小巧，電路結(jié)構(gòu)簡單，價格比較便宜，定位要求不高，便于安裝應用； 2.直接對現(xiàn)有儀表進行自動抄表的技術(shù)升級，不需要對原表機械結(jié)構(gòu)進行改造，同時避免了繁雜的綜合布線； 3.成本低，相對于現(xiàn)有的同類產(chǎn)品，該套裝置具有很強的成本優(yōu)勢。適用范圍及市場前景： 據(jù)有關(guān)部門預測，我國電能表、水表、燃氣表、熱能表的市場容量在15億只以上，市場的需求量非常可觀，傳統(tǒng)儀表的改造數(shù)量巨大。該裝置可以直接應用到數(shù)字型儀表的數(shù)值識別。通過算法的改進和升級，該裝置將能夠識別指針型的家用儀表，并可用于其它工業(yè)儀表的數(shù)值識讀。此外，通過對系統(tǒng)的改進可以廣泛應用到智能型圖像監(jiān)控以及二維條碼識別等領域。
同類課題研究水平概述
- 一、國外研究現(xiàn)狀 國外的儀表自動化發(fā)展程度很高，在工業(yè)生產(chǎn)和家居生活中，自動化儀表都非常普及。 美國于1986年就建立了自動抄表技術(shù)協(xié)會（AMRA），近年來歐洲和英國又相繼成立了自動抄表技術(shù)協(xié)會。早在1998年Duquesne電燈公司在美國匹茲堡市安裝了566000個電能表自動抄表系統(tǒng)，1999年P(guān)SE公司在西雅圖和奧林匹亞完成了83萬個電能表的自動抄表裝置，占其總數(shù)的55%。此外，英國1998年即已實現(xiàn)對約9萬戶大于100kW用電負荷用戶的每0.5h電量數(shù)據(jù)采集。目前，國外在家用儀表的自動抄讀方面已經(jīng)相當普及，達到了十分完善的程度。 二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀 （1）我國自動抄表系統(tǒng)的實際應用情況并不理想。自動抄表是指利用微電子和計算機網(wǎng)絡、傳感等技術(shù)自動讀取和處理表計數(shù)據(jù)，將城市居民的水、電、燃氣信息加以綜合處理的系統(tǒng)，能夠有效解決人工抄表存在的入戶擾民、入戶難和不安全因素。但現(xiàn)在自動抄表的實際應用狀況差強人意，以家用電能表為例，目前市場上大部分的電能表都還不具備遠程抄表功能，大部分的電力公司仍然采取傳統(tǒng)的人工讀表方式。究其原因，除了技術(shù)上的差距之外，還存在諸多原因：國內(nèi)龐大的傳統(tǒng)儀表數(shù)量和高昂的換裝成本；具體實施操作過程中沒有形成統(tǒng)一標準；市面上的智能儀表在可靠性方面尚存在缺陷和精度問題；現(xiàn)有的傳統(tǒng)儀表改裝通常需要巨額費用和復雜的管線及電路改造，在推廣應用上存在許多困難。 （2）基于嵌入式的字符識別基本達到了實用化的程度。目前，國內(nèi)對數(shù)字識別的研究主要集中在手寫數(shù)字識別、印刷體數(shù)字識別以及車牌識別三方面，對數(shù)顯儀表自動讀數(shù)的研究近幾年才出現(xiàn)。在號碼識別過程中，模板匹配法、模糊數(shù)學理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡等算法的應用較為廣泛，離線識別率已經(jīng)達到很高的水平。在嵌入式系統(tǒng)上的字符識別算法移植也已達到了實用化的程度。 總體上，國內(nèi)經(jīng)濟較發(fā)達的地區(qū)在自動化抄表方面研究較多，如上海市自來水公司正在優(yōu)化有線寬帶雙向遠程抄表系統(tǒng)，并擴大試點覆蓋面，讓更多市民享受數(shù)字化服務益處。深圳市場的遠程抄表系統(tǒng)在短短四五年時間內(nèi)發(fā)展迅猛，從單一的智能化抄表概念逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖ㄖ悄芑?，并將其列為現(xiàn)代樓宇建設必要導入項目之一。
