一种基于机器视觉的抄表系统

技术领域

本发明涉及一种数据采集技术，特别涉及一种基于机器视觉的抄表系统。

背景技术

工业是物联网应用的重要领域，工业领域中存在大量的仪表监控着生产制造各个环节，故而仪表数据定时读取非常重要。而现场大部分仪表采用机械式指针仪表，无法进行数据自动上传，传统的方式是每隔一段时间人工手持终端进行抄表，不仅耗时费力，针对一些安装位置较高的地方，难度较大，不易抄录。虽然现有一些公司采用巡检机器人抄表，可展示度虽好，但是有些安装位置还是难以拍到，且设备一次投入成本较大。为此，设计一套低成本、大连接、灵活有效的智能无线抄表系统是非常有必要的。

发明内容

针对现在传统方式耗时费力，现有方式昂贵难抄的问题，提出了一种基于机器视觉的抄表系统。

本发明的技术方案为：一种基于机器视觉的抄表系统，测量仪表、无线抄表终端、云端服务平台、客户端和安装支架；测量仪表安装在被测对象上，测试数据通过指针或者数字方式呈现在表盘上；无线抄表终端和测量仪表固定在安装支架上，固定后的测量仪表的表盘与无线抄表终端的摄像头成平行且无线抄表终端的摄像头处于表盘的中心，无线抄表终端将采集的视觉数据无线方式传输至云端服务平台，云端服务平台处理数据后送客户端；客户端设置指令通过云端服务平台送无线抄表终端。

通过采用上述技术方案，实现现场数据采集，远程读取数据，不需更换先用的测量仪表，节省了大量人工。

优选的：所述无线抄表终端包括供电的锂亚电池、电源管理模块、图像采集模块、CPU处理模块和无线通讯模块；电源管理模块对无线抄表终端中模块电源进行管理，当系统休眠时，关闭图像采集模块、CPU处理模块和NBIOT无线通讯模块的电源；图像采集模块中摄像头模块定时拍摄测量仪表表盘上的指针或者数字，并将图像压缩成JPEG图形送CPU处理模块；CPU处理模块将压缩好的JPEG图形进行裁剪并分割成多个数据包，分别发送给NBIOT无线通讯模块；NBIOT无线通讯模块把分包的图像数据通过TCP方式上传到云端服务平台。

通过采用上述技术方案，现场实时采集图像数据，分批输出数据，实现大数据量采集和传输的有效结合。

优选的：所述云端服务平台包括有数据服务器、算法服务器、应用服务器；数据服务器，用于对无线抄表终端上传的图片数据进行管理、分析并存储；应用服务器，用于读取数据服务器里面数据，包括测控仪表的测量类型、安装位置、表盘图像；

算法服务器，用于对应用服务器获取的图像采用机器视觉算法进行识别，并以数字的方式呈现在应用服务器端。

通过采用上述技术方案，利用了云端大量存储功能和强大的智能功能，实现工业物联网的共享。

优选的：所述客户端为多台工作站或/和多台手机；工作站通过以太网以ip地址或者备案的域名方式查看仪表的安装位置、表盘图像及表盘数据信息；手机通过4G通讯网络方式或者wifi网络以小程序方式进行拍摄测量仪表表盘图像，并配置测量仪表相关信息和阈值设定，当超出设定阈值时会通过发送邮件、短信及打电话的方式发出报警。

通过采用上述技术方案，实现远端监测和处理功能。

优选的：所述安装支架包括测量仪表表头固定块和无线抄表终端固定柄，测量仪表表头固定块和无线抄表终端固定柄的一端均为凹圆弧形，两个凹圆弧形正对形成表头插孔，测量仪表表头插入表头插孔，形成的表头插孔两端对称有链接螺钉的螺纹孔，两根螺钉穿过测量仪表表头固定块的螺纹孔再链接无线抄表终端固定柄的螺纹孔，锁紧插入的表头；无线抄表终端固定柄凹圆弧形一端为柄头，远离凹圆弧形一端柄身上有一长槽孔，用于调节无线抄表终端与表盘的距离。

通过采用上述技术方案，设计合理的安装支架，实现了机器视觉采集，安装支架结构具有通用性。

优选的：所述无线抄表终端外壳为由电池仓上盖和下盖构成的盒体，电源管理模块、图像采集模块、CPU处理模块和无线通讯模块置于盒体内，电池置于电池仓上盖上封闭的电池仓里面；下盖外设有两根突出的定位筋，两根定位筋的间距与无线抄表终端固定柄柄身宽度匹配，下盖内与无线抄表终端固定柄的长槽孔对应的位置有定位螺纹孔，电池仓上盖和下盖盒盖锁紧后通过定位筋导向置于无线抄表终端固定柄柄身上，螺栓穿过长槽孔进入定位螺纹孔中锁紧，将无线抄表终端外壳固定在安装支架上；下盖上设置有摄像头孔和摄像头孔正上方的补光灯孔，同样固定安装支架上的测量仪表的表盘与无线抄表终端的摄像头成平行且无线抄表终端的摄像头处于表盘的中心，保证图片在拍摄时清晰完整。

通过采用上述技术方案，无线抄表终端外壳合理设计，方便了电池更换，安装调整均方便，结构具有通用性。

本发明的有益效果在于：本发明一种基于机器视觉的抄表系统，成本低、连接广，可以灵活可控的读取现场仪表的数据信息，保证了工业现场安全可靠运行，大幅度提高工业制造效率，降低资源消耗，提升了传统工业向智能工业过渡的新阶段，对整个制造行业的数字化生产起到了极大的推进作用。

附图说明

图1为本发明基于机器视觉的抄表系统实施原理框图；

图2为本发明基于机器视觉的抄表系统中安装支架结构示意图；

图3为本发明基于机器视觉的抄表系统中无线抄表终端外壳结构示意图；

图4为本发明基于机器视觉的抄表系统中无线抄表终端与安装支架组装后局部剖视图。

附图标记：1、测量仪表；2、无线抄表终端；3、云端服务平台；4、客户端；5、安装支架；50、测量仪表表头固定块；500、螺纹孔；51无线抄表终端固定柄；510、表头插孔；511、槽孔；6、无线抄表终端外壳；60、电池仓上盖；61、下盖；610、补光灯孔；611、摄像头孔；612、底盖挡板；613、定位筋；614、定位螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示一种基于机器视觉的抄表系统，包括测量仪表1、无线抄表终端2、云端服务平台3和客户端4。测量仪表1安装在工厂管道上，用于测量工厂管道的压力或者温度数据，通过指针或者数字方式呈现在表盘上。

无线抄表终端2内线路设置有抄表终端控制板，其通过锂亚电池进行供电，抄表终端控制板内含有电源管理模块、图像采集模块、CPU处理模块和NBIOT无线通讯模块。电源管理模块主要完成对无线抄表终端设备的电源进行管理；图像采集模块主要通过摄像头模块定时拍摄测量仪表1表盘上的指针或者数字，借助于摄像头内部的压缩引擎技术压缩成JPEG图形；CPU处理模块主要将压缩好的JPEG图形进行裁剪并分割成多个数据包，分别发送给NBIOT无线通讯模块；NBIOT无线通讯模块把分包的图像数据通过TCP方式上传到云端服务平台。此外，为了保证待机时间更长，无线抄表终端2除了在硬件选择上采用低功耗的电源管理芯片外，电路设计上也采用了电源分段管理的思想，当设备处于正常工作时，图像采集模块、CPU处理模块和NBIOT无线通讯模块的电源模块处于供电状态，一旦设备处于CPU处于休眠，CPU处理模块功能停止，图像采集模块和NBIOT无线通讯模块的电源控制使能端断开，保证整个设备功耗达到最低。

云端服务平台3布置在云端，接收从无线抄表终端2通过NBIOT无线模块传输的数据，至少包括有数据服务器、算法服务器、应用服务器。数据服务器用来对无线抄表终端上传的图片数据进行管理、分析并存储；应用服务器用来读取数据服务器里面数据，包括测控仪表1的测量类型、安装位置、表盘图像、等呈现在展示界面；为了更方便用于获取仪表的数据，算法服务器用来对应用服务器获取的图像采用机器视觉算法进行识别，并以数字的方式呈现在应用服务器端。

客户端4布置在客户侧，可以是多台工作站或/和多台手机。工作站通过以太网以ip地址或者备案的域名方式查看仪表的安装位置、表盘图像及表盘数据等相关信息。手机通过4G通讯网络方式或者wifi网络以小程序方式进行拍摄测量仪表表盘图像，并配置测量仪表相关信息和阈值设定，当超出设定阈值时会通过发送邮件、短信及打电话的方式发出报警。

如图2所示安装支架结构示意图，无线抄表终端2通过安装支架5与测量仪表1固定。安装支架5包括测量仪表表头固定块50和无线抄表终端固定柄51，测量仪表表头固定块50和无线抄表终端固定柄51的一端均为凹圆弧形，两个凹圆弧形正对形成表头插孔510，测量仪表表头插入表头插孔510，形成的表头插孔510两端对称有链接螺钉的螺纹孔500，两根螺钉穿过测量仪表表头固定块50的螺纹孔再连接无线抄表终端固定柄51的螺纹孔，锁紧插入的表头。表头插孔510，即凹圆弧形根据测量仪表1的标头直径进行设计，保证测量仪表1与安装支架可靠固定。

无线抄表终端固定柄51凹圆弧形一端为柄头，远离凹圆弧形一端柄身上有一长槽孔511，用于快速安装无线抄表终端时，调节无线抄表终端与表盘的距离。

如图3所示无线抄表终端2的外壳6的结构图以及图4所示组装后局部剖视图，无线抄表终端外壳6由电池仓上盖60和下盖61构成，电池放在电池仓上盖60上封闭的电池仓里面。下盖61设有两根突出的定位筋613，两根定位筋613的间距与无线抄表终端固定柄51柄身宽度匹配，下盖61内与无线抄表终端固定柄51的长槽孔511对应的位置有定位螺纹孔614，电池仓上盖60和下盖61盒盖锁紧后通过定位筋613导向置于无线抄表终端固定柄51柄身上，螺栓穿过长槽孔511进入定位螺纹孔614中锁紧，将无线抄表终端外壳6固定在安装支架5上。下盖61上设置有摄像头孔611和摄像头孔611正上方的补光灯孔610，同样固定安装支架5上的测量仪表1的表盘与无线抄表终端2的摄像头成平行且无线抄表终端2的摄像头处于表盘的中心，保证图片在拍摄时清晰完整。

当周围环境比较暗时，补光灯辅助照明，打亮表盘。为了方便设备灵活安装，无线终端设备2采用锂亚电池供电，保证自放电电流最小，提高电池的耐用寿命。为了保证电池的安全性，电池放在封闭的电池仓里面，考虑到电池的使用寿命和无线抄表终端的读取频率和信号的强弱关联性很大，电池寿命有限，为了快速实现更换电池，电池仓与电池一体化设计，便于更换。在下盖61有摄像头孔611和补光灯孔610的一面上还有几个底盖挡板612，在安装抄表终端控制板入下盖61内时，底盖挡板612作为下盖61搁置底角。

为了更明确、更直观的查看测量仪表1的监测信息，客户端通过调用实时查看窗口，可以清晰的查看当前测量仪表1的相关情况；通过调用历史数据窗口，可以查询某段时间内测量仪表1的整体变化情况和具体数据。整个系统会根据客户需求自动生成年、月、日、时、分、秒格式的报表，以便归档处理。