专利名称：无线自组网摄像直读抄表系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及短距离低功耗无线通信技术和嵌入式图像处理技术，特别涉及一 种无线自组网摄像直读抄表系统。
背景技术：
远传抄表是利用计量传感器技术、微电子技术、通信技术等，将水表、电表、气表的 用量数据自动传送到指定地点，在无需人工干预的情况下，实现计量数据的抄收。由于资源 供需矛盾日益突出，水、电、气市场化不断深化以及人们对住宅私密性要求越来越高，使得 对远传抄表的需求愈来愈迫切。现有的远传抄表系统，主要采用有线方式，也有部分采用无线方式。有线方式可以 支持各种数字表(脉冲、光电直读和摄像直读)。有线方式传输稳定可靠，但安装时需要打 孔布线，以及外接电源。即使是新楼盘在设计时考虑布线，也要花不少的代价。无线方式种 类繁多，如GSM、GPRS、CDMA、WIFI等等，但只有短距离微功耗这种方式才最适合远传抄表。 而短距离微功耗又分为点对点和网络两种方式。点对点方式仍然需要工作人员手持设备近 距离进行抄收。网络方式可以实现全自动远程抄收。由于摄像直读数据量较大，现有系统 中，摄像头采集一次表头读数，进行图像压缩处理后大约有4k字节的视频数据，网络方式 由于功耗等原因现有系统不支持摄像直读，只支持脉冲和光电直读。但是，除了摄像直读不 需要改变机械表内部结构外，脉冲和光电直读都需要改造原机械表，在其内部嵌入光电传 感器或电磁传感器，这样使得表具变得更加复杂，往往还需外接电源，从而易用性和可靠性 下降、成本居高不下。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，就是针对现有的抄表系统成本高、安装难的缺 点，提供一种无线自组网摄像直读抄表系统。本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，无线自组网摄像直读抄表系 统，包括由η个抄表终端、k个中继站、i个基站以及1个汇聚点为节点组成的无线通信网 络；汇聚点为该无线通信网络的父节点，基站为汇聚点或另一基站的子节点，抄表终端和中 继站可以是任意节点的子节点；其特征在于，所述抄表终端包括图像传感器、图像处理模块 和无线通信模块；所述图像传感器与图像处理模块连接，定时采集表头读数；所述图像处 理模块与无线通信模块连接，通过所述无线通信网络传输数据；所述抄表终端采用电池供 电；其中n，k，i均为自然数，且η > 2。进一步的，还包括管理中心，所述管理中心与汇聚点连接。具体的，所述管理中心通过无线通信与汇聚点连接。或者，所述管理中心通过串口与汇聚点进行有线连接。更进一步的，还包括手持终端，所述手持终端通过无线网络采集抄表终端和/或 汇聚点的数据。[0010]优选的，所述无线通信网络工作于470MHz频段。具体的，所述无线通信模块采用TI公司型号为CC1100E射频收发芯片。进一步的，所述图像处理模块采集一次表头读数传输的视频数据< 200字节。具体的，所述图像处理模块采用8位微处理器。具体的，所述微处理器采用atmel公司型号为ATmegal28L的微处理器。本实用新型的有益效果是，将无线自组网络和摄像直读方式结合起来，采用高效 的图像压缩，以及对功耗的严格控制，抄表终端电池供电，抄表终端无需布线，无需外接电 源，系统安装十分便捷。由于采用摄像直读，可以适用于各种机械表，如水表、电表、燃气表 等，不需要对原表进行任何改造，整个系统成本低、可靠性高。

图1是无线自组网摄像直读抄表系统结构示意图；图2是抄表终端结构示意图；图3是中继站结构示意图；图4是基站结构示意图；图5是汇聚点结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型的无线自组网摄像直读抄表系统，结构如图1所示，包括由η个抄表终 端、k个中继站、i个基站以及1个汇聚点为节点组成的无线通信网络，其中n，k，i均为自 然数，且η >2。汇聚点为该无线通信网络的父节点，基站为汇聚点或另一基站的子节点，抄 表终端和中继站可以是任意节点的子节点。该无线通信网络按分级的方式构成，汇聚点及 其连接的节点为第1级，与第1级相连的为第2级，等等。该无线通信网络的组网由汇聚点 发唤醒帧发起，其它节点在之前处于无线唤醒状态，被唤醒的节点就可以加入网络。被唤醒 节点加入网络后，可以继续唤醒其它处于无线唤醒状态的节点。同时，被唤醒节点就成为唤 醒它的节点的子节点，而唤醒它的节点就是其父节点。这是本实用新型的基本组网单元，该 基本组网单元中，可以不需要仅完成数据传输的中继站和基站(即k、i = 0)。根据具体配 置情况，如果抄表终端配置分散或数量众多，也可以适当配置一定数量的中继站和/或基 站，完善网络链接，保证数据的可靠传输。中继站、基站一股配置在户外开放空间，便于安装 和采集数据。对于通信数据量大的中继站、基站，可以采用电网供电。本实用新型的抄表终端由图像传感器、图像处理模块和无线通信模块构成，抄表 终端置于用户的计量表(水表、电表、燃气表)上。图像传感器定时拍照采集表头读数，将数 据传输到图像处理模块进行编码、压缩处理，使每次采集的读数压缩到200字节以内。图像 处理模块将压缩后的视频数据通过无线通信模块传输到无线通信网络中进行传输。本实用 新型的抄表终端采用电池供电，数据传输采用无线通信网络，不需要布置传输线和电源线， 便于安装使用，降低系统配置成本。本实用新型的抄表终端除了完成表头读数采集、传输采集数据外，作为无线通信 网络的节点，还担负着传输其他抄表终端数据的任务，通过无线通信网络将其他节点的数据传输到其父节点上，最后到达汇聚点。数据达到汇聚点后，还可以通过无线或有线传输方 式(如GPRS、RS232/485串口通信等)，将数据传输到小区物管或水电气公司的管理中心，也 可以由工作人员采用手持终端接入无线通信网络，采集汇聚点和/或抄表终端的数据。采 用手持终端进行无线数据采集，可以在一些特殊情况下，如某些抄表终端数据传输中断时， 进行不入户的数据采集。本实用新型的无线通信网络工作于470MHz抄表专用开放频段，信 号具有很强的穿透能力，非常适合用于楼宇建筑的抄表组网。实施例图2是实施例的抄表终端结构示意图，本例抄表终端由图像处理模块、无线通信 模块和图像传感器组成。其中图像处理模块包括微处理器、时钟模块、SRAM(静态存储器)。 无线通信模块的工作频段为470MHz抄表专用开放频段。图3是实施例的中继站结构示意图，本例中继站由微处理器、无线通信模块、时钟 模块、SRAM组成。无线通信模块的工作频段为470MHz抄表专用开放频段。图4是实施例的基站结构示意图，本例基站由微处理器、无线通信模块、时钟模 块、SRAM、外部存储器组成。无线通信模块的工作频段为470MHz抄表专用开放频段。图5是实施例的汇聚点结构示意图，本例汇聚点由微处理器、无线通信模块、时钟 模块、SRAM、外部存储器、通信模块组成。通信模块用于连接外部设备如管理中心等，可以为 串口模块或GPRS无线模块等。无线通信模块的工作频段为470MHz抄表专用开放频段。上述微处理器均采用atmel公司的ATmegal28L，该芯片为8位微处理器，采用先进 的RISC结构，大多数指令可以在一个时钟周期内完成，并且采用低功耗CMOS工艺生产，功 耗很低。该芯片主要性能如下速度可达8MIPS;128K字节的系统内可编程Flash ；4K 字节的 EEPROM ；4K字节的内部SRAM;可以对锁定位进行编程以实现软件加密；可以通过SPI实现系统内编程；6种睡眠模式空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、Standby模式以 及扩展的Standby模式；64引脚TQFP与64引脚MLF封装。采用该微处理器的抄表终端，配合先进的图像压缩算法，采集一次表头读数，可以 将视频数据压缩到200字节内，为系统的的功耗运行奠定了接触。抄表终端装置一块1安 时电池，可以使用6年。上述无线模块均采用TI公司专为中国和日本推出的CC1100E射频收发芯片，无线 频段为470MHz。该芯片是一款高性能射频收发器，适用于极低功耗射频应用。可提供对数 据包处理、数据缓冲、突发传输、空闲信道评估、链路质量指示以及无线唤醒的广泛硬件支持。上述时钟模块均采用精工电子的S35390时钟芯片。该芯片是一款可以在超低消 耗电流、宽工作电压范围内工作的2线CMOS实时时钟集成电路。可以在很宽的范围内校正 石英振荡器的频率偏差，能以最小分解能力=Ippm来进行校正。[0042]SRAM 采用 Chiplus 公司的 CS18LV02563B 或 CS18LV10243E，其特点是功耗极低。图像传感器采用OmniVision公司的0V7670外部存储器采用Microchip公司的24FC256，其特点是待机功耗极低，仅IOOnA本实用新型系统安装时，先对基站和中继站进行初始化。然后在计量表具上加装抄表终端，在小区恰当位置安装基站和中继站，并同过手持机对其进行安装参数设置。汇聚 点和管理中心安装于小区物管。抄表终端在规定的时间对表具读数进行照相，经过压缩处理后，存于本地。系统组网时，抄表终端、基站和中继站先是处于无线唤醒状态，汇聚点发出唤醒 帧，节点收到唤醒帧后进行判断，如果唤醒帧非法，则回到无线唤醒状态。如果唤醒帧合法， 被唤醒的节点就会到一公共信道进行监听，在其收到正确的信标帧后，就会尝试加入到网 络中。成功加入后，该节点就会有父节点，该节点也会唤醒其它节点，让更多的节点加入到 网络中来。已经加入到网络中的节点，如果自身有抄表数据，就将数据发给父节点；另外，还 会将子节点发来的数据转发给父节点。最终，所有的数据都会汇聚在汇聚点处。然后，汇聚 点将数据上报给管理中心。通讯工作完成后，各设备会进入睡眠状态，从而节约能量。
权利要求无线自组网摄像直读抄表系统，包括由n个抄表终端、k个中继站、i个基站以及1个汇聚点为节点组成的无线通信网络；汇聚点为该无线通信网络的父节点，基站为汇聚点或另一基站的子节点，抄表终端和中继站可以是任意节点的子节点；其特征在于，所述抄表终端包括图像传感器、图像处理模块和无线通信模块；所述图像传感器与图像处理模块连接，定时采集表头读数；所述图像处理模块与无线通信模块连接，通过所述无线通信网络传输数据；所述抄表终端采用电池供电；其中n，k，i均为自然数，且n≥2。
2.根据权利要求1所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，还包括管理中 心，所述管理中心与汇聚点连接。
3.根据权利要求2所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述管理中心 通过无线通信与汇聚点连接。
4.根据权利要求2所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述管理中心 通过串口与汇聚点进行有线连接。
5.根据权利要求1无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，还包括手持终端，所述 手持终端通过无线网络采集抄表终端和/或汇聚点的数据。
6.根据权利要求1所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述无线通信 网络工作于470MHz频段。
7.根据权利要求6所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述无线通信 模块采用TI公司型号为CC1100E射频收发芯片。
8.根据上述任意一项权利要求所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所 述图像处理模块采集一次表头读数传输的视频数据< 200字节。
9.根据权利要求8所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述图像处理 模块采用8位微处理器。
10.根据权利要求9所述的无线自组网摄像直读抄表系统，其特征在于，所述微处理器 采用atmel公司型号为ATmegal28L的微处理器。
专利摘要本实用新型涉及短距离低功耗无线通信技术和嵌入式图像处理技术。本实用新型针对现有的抄表系统成本高、安装难的缺点，公开了一种无线自组网摄像直读抄表系统。其技术方案包括由n个抄表终端、k个中继站、i个基站以及1个汇聚点为节点组成的无线通信网络；所述抄表终端包括图像传感器、图像处理模块和无线通信模块；所述图像传感器与图像处理模块连接，定时采集表头读数；所述图像处理模块与无线通信模块连接，通过所述无线通信网络传输数据；所述抄表终端采用电池供电；其中n，k，i均为自然数，且n≥2。本实用新型可以适用于各种机械表，如水表、电表、燃气表等，不需要对原表进行任何改造，整个系统成本低、可靠性高。
文档编号G01D5/39GK201628554SQ20102014242
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者周映春 申请人:成都技高科技有限公司