基于无线与图像的家用仪表数值识读装置.ppt

信息科学与工程学院,ISE,基于无线与图像的家用仪表数值识读装置,项目成员：赵立蒙 白秋石 齐子新 指导教师： 张云洲 申报单位：信息科学与工程学院,东北大学创新性实验项目申请,2008年4月21日,信息科学与工程学院,ISE,项 目 概 述,本项目是建筑智能化“三表远传智能控制系统”的子课题，研究基 于无线通信和图像处理的家用仪表数值识读装置，采用CMOS图像传感 器读取仪表的数值，由高性能DSP处理器进行处理和识别，然后通过 近距无线ZigBee通讯发送至集中器。能够实现真正意义上的可靠的三 表远传，有效解决人工抄表存在的入户扰民、入户难和不安全因素。 本项目研究的意义在于能够以较小的代价实现数字式仪表计量值 的采集和识读，避免烦琐的综合布线和线路改造，是最快速灵活实现 抄表自动化的方式之一，具有广阔的发展前景。,信息科学与工程学院,ISE,关键技术及难点,DSP系统开发 CMOS图像传感器与数字图像采集 图像处理算法的Matlab仿真与DSP移植 Zigbee通信,信息科学与工程学院,ISE,研究现状与趋势,三表远程自动计量系统未形成统一标准，实际应用状况差强人意。 市面上抄表系统通常将原计量表的流量转换为脉冲信号，可靠性差、管线改装繁杂。 在不改动现有仪表安装状态的情况下实现自动读取，成为较热门的研究方向之一；基于图像处理的自动抄表技术逐渐受到重视。 国内对数显仪表自动读数的研究近几年才出现，模板匹配法、模糊数学理论和BP神经网络等算法应用较广泛。 国内外自动抄表普遍采用有线制，国内广泛采用RS485协议；近年来，无线抄表表现出很强的生命力，其中Zigbee技术最为看好。 低速传输的ZigBee无线通讯技术，已成为智能家居领域最有前景的技术之一，必将获得大规模的推广应用。,信息科学与工程学院,ISE,项目实施方案系统框图,TMS320VC5402,CC2420,逻辑控制,Flash,摄像头,SRAM,集中器,Zigbee,家用仪表,图1 系统组成及方案示意图,电池,看门狗,充电电路,仪表数值采集与识读装置,信息科学与工程学院,ISE,项目实施方案技术路线,总体思路：充分利用开发板，并行开展关键技术研究，突破后再进行专用电路 设计和软件集成。 1. 以TMS320VC5402型处理器为核心，模块化设计，以CPLD实现逻辑译码。 2. 采用CMOS黑白图像传感器，输出8位CIF分辨率数字图像，按照外部RAM方 式与DSP接口，以74LCX245实现电平转换。 3. 以CC2420型Zigbee芯片实现数据无线收发，通过SPI总线与DSP连接。 4. 字符识别采用BP神经网络算法，先在MATLAB上实现，然后移植至DSP。 5. 采用锂聚合物电池供电，自带充电电路，电量不足时自动发出报警信号。 6. 模块安装在仪表正上方，平时休眠，仅在呼叫时才工作，完成数据传输并校 验无误后，自动转入休眠状态。 7. 以白光LED提供均匀的照明环境，便于获得清晰的仪表数值图像。,信息科学与工程学院,ISE,项目有利条件,清晰稳定的仪表数值图像 数字识别的高准确度,先进完备的实验环境与设备 项目实施的良好技术支撑,信息科学与工程学院,ISE,可行性分析,数字识别为较成熟的技术，实验室有良好的技术基础，本项目所获取的仪表图像清晰、稳定，能实现更高的识别率。 Zigbee技术的研究已成为建筑智能化领域的热门，其大规模推广指日可待；本项目的数据传输量较小，且频次很低，技术可实现性很高。 典型的数字识别技术如神经网络算法等在DSP器件上的实现在国内外均已出现，而且已取得较理想的效果。 建筑智能化实验室具有先进的楼宇自动化和智能家居设备及通讯设施，能够为本项目的实施提供良好的实验和技术验证环境。,信息科学与工程学院,ISE,创 新 点,以图像方式实现家用仪表数值采集和识读，避免了对现有仪表的大幅度改造，并能提供更高的可靠性和准确度，优于现有的仪表智能化方式。 以无线Zigbee方式实现数据传输，能够避免管线改造所带来的极大不便，符合智能家居发展趋势，易于与智能家居系统实现无缝集成。 采用CMOS图像传感器进行数据采集，使系统具有较低的成本和较好的可开发性，而且易于通过算法改进而实现系统升级和功能扩展。,信息科学与工程学院,ISE,前 期 准 备,前期曾在导师指导下开展工作，对项目相关的实验设备及条件有较好的掌握。,3,通过积极参与科技创新活动，初步具备了图象传感、DSP、Zigbee的软、硬件 的开发能力。,信息科学与工程学院,ISE,项 目 进 度 安 排,2009.12009.3,2008.92008.12,2008.52008.8,设计系统主板，熟悉摄像头和Zigbee的应用；研究数值图像识别算法。,实现图象采集和预处理； 实现Zigbee双节点数据传输；,研究字符识别算法 向DSP的移植，实 现仪表精确读数,2009.42009.5,系统 功能 合成,完整的 仪表 数值识读 系统,信息科学与工程学院,ISE,项 目 预 期 成 果,设计一套集成图像采集、处理与数据无线传输的家用 仪表自动抄表硬件系统； 2.设计并实现新颖的仪表读数图像处理算法； 3.形成模块化的CMOS摄像头图像采集、Zigbee通信、DSP 开发系统等小型实验装置，用于开展科研实验活动； 4.积极进行学术交流，争取发表13篇的研究论文。,信息科学与工程学院,ISE,项 目 经 费 预 算,固定支架、机械板材等。约0.1万元,硬件 系统,实验 耗材,信息 费用,其它 费用,项目总计：2.2万元,元器件、电路板等。约0.6万元,论文版面费、技术书刊资料、复印费等。约0.3万元,图象采集装置、系统主板、电源检测模块、Zigbee通信模块等。约1.2万元,信息科学与工程学院,ISE,团 队 情 况 及 分 工,曾获得“东软杯”电子设计竞赛三等奖，熟悉各种硬件设施，有较强的实验基础和理论基础；四次获校一等奖学金，多次获得各种命名奖学金；被评为沈阳市优秀大学 生；主要负责系统方案设计和硬件搭建工作。,来自尖子063班；正在参加飞思卡尔杯智能车竞赛，单片机软硬件开发、图像采集与处理有较好基础；多次获得校 一、二等奖学金；主要负责软件开发、图像处理等工作。,来自尖子063班；有很强的创新精神和动手能力；曾三次获得校二等奖学金，一次国家励志奖学金；主要负责系统 调试、无线通信等工作。,赵立蒙,白秋石,齐子新,信息科学与工程学院,ISE,导 师 情 况,张云洲老师，来自信息学院人工智能与机器人研究所，在创新科技活动指导方面具有较丰富的经验。作为指导教师带队参加2005、2006年度全国大学生机器人竞赛，获两次季军；2007年指导研究生和本科生参加全国大学生智能车竞赛，获一等奖，2008