摘要：随着智慧城市概念的诞生，各地方政府积极协助燃气公司改进现有燃气表的抄表方式。利用图像识别技术在减少人力物力方面的优势，在不改变现有燃气表基础上设计了一种基于图像识别技术的燃气抄表设备。以图像方式对燃气表的读数进行采集和识别，不但避免了对原有仪器的机械改造，而且还提高了自动抄表系统的准确性和可靠性。通过模式识别方法获得燃气表的读数值，为大量的机械式燃气表的升级提供了技术路径。
关键词：图像识别技术；燃气抄表设备；准确性；可靠性
一、硬件设计
该系统主要包括 4 个模块：TMS320DM642 微处理器、OV7670 摄像头、液晶显示屏和蓝牙无线模块。系统以基于51内核的TMS320DM642微控制器为核心，外加HC-05蓝牙模块后，即可实现指令和数据的无线传输；使用OV7670 摄像头采集用户的用燃气数据；使用Nokia5110液晶显示屏实时显示当前的用户的用燃气数量；使用微型铿电池（可反复充放电）给系统供电，以确保微处理器和蓝牙模块的正常运行。系统的硬件整体设计如图1所示。
图1 系统整体硬件设计图
Fig.1 The whole system hardware design
通用I/O口的功能设计
OV7670 摄像头接微处理器的P2^0和P2^1口模拟的IIC总线；
Nokia5110液晶屏幕分别接微处理器的P2^3口、P2^4口、P2^5口、P2^6口；
蓝牙模块接微处理器的P3^0（RXD）和P3^1（TXD）口。
二、系统软件设计
系统充上电后，系统会先进入初始化模式，等待所有硬件（蓝牙模块的相互配对需要一定时间）都启动成功之后，工作人员按下手持设备的按键。摄像头在按键控制下采集用户用燃气数据，然后由串口发送至微处理器。微处理器对数据做出分析判断，将监测的用户数据通过蓝牙模块发送到工作人员的手机APP上，用户用燃气数据就会显示在工作人员手机屏幕上。系统软件运行流程图如图2所示：
图2 系统软件运行流程图
Fig.2 System software flowchart
2.1摄像头模块设计
OV7670摄像头模块采集图像数据存储到FIFO的过程为：等待 OV7670 帧同步信号，FIFO写指针复位，FIFO写使能，等待第二个OV7670帧同步信号，FIFO 写禁止。通过以上5个步骤就能完整得将1帧图像数据存储到FIFO中。读取图像数据过程为：FIFO 读指针 复位，给FIFO读时钟，读取第一个像素高字节，给FIFO读时钟，读取第一个像素低字节，如此循环读取剩余像素。
2.2蓝牙模块设计
将蓝牙模块切至[prog]参数配置模式，运行程序。菜单中的连接蓝牙项会跳出一个界面，显示本机已配对过的蓝牙设备，并搜寻当前可连接的蓝牙设备。选择要连接的设备后，创建一个服务，实现与设备的连接。当连接成功后再创建数据的接收线程，虚拟创建一个COM口，打开对应COM口，形成透明串口线传输。TMS320DM642则是通过串口与蓝牙模块HC-05连接，向手机蓝牙发送数据，每组数据包含两个字节，第一字节为用户编号，第二字节为燃气量，这两个字节作为蓝牙数据传输的两个参数。手机接收终端设有3个有效的Button，也可以实现在APP上对手持设备已存储的数据进行读取，来实现数据的传输，例如发送AT+YHM，返回Ok：001；发送AT+YDL，返回Ok：00421532；发送AT+YHM YDL，返回Ok：00100421532。
三、功能说明
普通模式：在该模式下会把扫描结果及时上传到计算机。
盘点模式（默认模式）：在该模式下会将扫描结果存储在内部存储器中（当内部存储器占用完，蜂鸣器会“嘀”三次以作提示）。
数据不丢失模式：在该模式下，当有信号时，会把扫描结果及时上传到计算机，当信号比较弱或无信号时，会将扫描结果存储在内部存储器中。
数据上传：在该模式下，可将存储在内部存储器的数据依次上传到计算机（在盘点模式及数据不丢失模式下适用，数据上传时须确保无线信号正常，数据上传成功，蜂鸣器会“嘀”一次，数据上传失败蜂鸣器会“嘀”三次）。
显示扫描总数：在该模式下会显示全部存储数据的个数。
清除数据：在该模式下会把内部存储器的数据全部清除。
四、产品创新点
以图像方式对燃气表的读数进行采集和识别，提高了自动抄表系统准确性和可靠性。
运用CNN神经网络对字轮式燃气表数字0-9进行训练，并创建样品库。
使用线性变换取代加权平均值法对图像进行灰度化。
本产品内置存储具有盘点功能，盘点内容及参数设定在关闭电源后仍可保留。
设置一键配对功能，简单、快捷完成发射/接收的配对工作。
产品外壳选用防摔能力强的PC材料制成，可通过3米自由落体防摔测试。
五、总结
根据国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知《大气污染防治行动计划》，加快推进“煤改气”工程建设，2017年，北京全面启动“煤改气”工作。由国家规定可以看出，燃气将大范围代替燃煤，燃气的需求量将会大幅上升，而“智能家庭燃气抄表仪”作为其附属产品，需求量将会大幅上升，市场前景明朗。针对一些远程燃气抄表系统尚不发达的三线城市、广大的农村地区以及偏远的山区，解决过去同类系统产品功能单一、使用范围过于局限、性能不稳定和环境效益不佳的问题，满足自识别产业向大型化、共享化、系列化和专业化方向发展的需求。
参考文献：
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[2]王君莉.住宅燃气表智能化抄表系统的总体设计[J].自动化技术与应用，2017，36（09）：121-124.
[3]胡勇虎，于洪涛.基于LORA无线技术的低功耗智能燃气抄表系统[J].计量技术，2017（09）：10-12.
论文作者:阚新妤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/19
标签：蓝牙论文; 数据论文; 燃气论文; 模块论文; 微处理器论文; 图像论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第13期论文;