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1、L o g o基于无线与图像的家用仪表数值识读装置基于无线与图像的家用仪表数值识读装置 项目成员：赵立蒙项目成员：赵立蒙 白秋石白秋石 齐子新齐子新 指导教师：指导教师： 张云洲张云洲 申报单位：信息科学与工程学院申报单位：信息科学与工程学院 东北大学创新性实验项目申请东北大学创新性实验项目申请2008年年4月月21日日信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项项 目目 概概 述述 本本项项目目是是建建筑筑智智能能化化 “三三表表远远传传智智
2、能能控控制制系系统统 ”的的子子课课题题，研研究究基基于于无无线线通通信信和和图图像像处处理理的的家家用用仪仪表表数数值值识识读读装装置置，采采用用 C CM MO OS S图图像像传传感感器器读读取取仪仪表表的的数数值值，由由高高性性能能 D DS SP P处处理理器器进进行行处处理理和和识识别别，然然后后通通过过近近距距无无线线 Z Z i ig gB B e ee e通通讯讯发发送送至至集集中中器器。能能够够实实现现真真正正意意义义上上的的可可靠靠的的三三表远传，有效解决人工抄表存在的入户扰民、入户难和不安全因素。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。 本本项项目目
3、研研究究的的意意义义在在于于能能够够以以较较小小的的代代价价实实现现数数字字式式仪仪表表计计量量值值的的采采集集和和识识读读，避避免免烦烦琐琐的的综综合合布布线线和和线线路路改改造造，是是最最快快速速灵灵活活实实现现抄表自动化的方式之一，具有广阔的发展前景。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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o关键技术及难点关键技术及难点DSPDSP系统开发系统开发CMOSCMOS图像传感器与数字图像采集图像传感
4、器与数字图像采集 图像处理算法的图像处理算法的MatlabMatlab仿真与仿真与DSPDSP移植移植ZigbeeZigbee通信通信信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o研究现状与趋势研究现状与趋势v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。v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。v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
5、重视。v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。v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。v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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项目实施方案系统框图项目实施方案系统框图TMS320VC5402CC24
6、20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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项目实施方案技术路线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
7、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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装
8、基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项目有利条件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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o可行性分析可行性分析u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。uZigbee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
9、术可实现性很高。u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。u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信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o创创 新新 点点以以图图像像方方式式实实现现家家用用仪仪表表数数值值采采集集和和识识读读，避避免免了了对对现现有有仪仪表表的的大大幅幅度度改改造造，并并能能提提供供更更高高的的可可
10、靠靠性性和和准准确确度度，优优于于现现有有的的仪表智能化方式。仪表智能化方式。以以无无线线Zigbee方方式式实实现现数数据据传传输输，能能够够避避免免管管线线改改造造所所带带来来的的极极大大不不便便，符符合合智智能能家家居居发发展展趋趋势势，易易于于与与智智能能家家居居系系统统实实现无缝集成。现无缝集成。 采用采用CMOS图像传感器进行数据采集，使系统具有较低的成本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。功能扩展。 信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用
11、仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o前前 期期 准准 备备 通过查阅资料，了解通过查阅资料，了解国内外国内外智能家居智能家居自动抄表技术及应用自动抄表技术及应用的发展现状和趋势。的发展现状和趋势。12 前期曾在导师指导下开展工作，对前期曾在导师指导下开展工作，对项项目相关的实验设备及条件目相关的实验设备及条件有较好的掌握有较好的掌握。3 通通过过积积极极参参与与科科技技创创新新活活动动， 初初步步具具备备 了了 图图象象传传感感、 DSP、Zigbee的的软软、硬硬件件的开发能力。的开发能力。
12、信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项项 目目 进进 度度 安安 排排2009.12009.3 2008.92008.12 2008.52008.8 设计系统主板，熟悉摄像头和设计系统主板，熟悉摄像头和设计系统主板，熟悉摄像头和设计系统主板，熟悉摄像头和ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee的应用；研究数值图像识别算法。的应用；研究数值图像识别算法。的应用；研究数值图像识别算法。的应用；研究数值图像识别算法。 实现图象采集和预处
13、理；实现图象采集和预处理；实现图象采集和预处理；实现图象采集和预处理；实现实现实现实现ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee双节点数据传输；双节点数据传输；双节点数据传输；双节点数据传输；研研 究究 字字 符符 识识 别别 算算 法法研研 究究 字字 符符 识识 别别 算算 法法向向向向 D D S SP PD D S SP P的的 移移 植植 ， 实实的的 移移 植植 ， 实实现仪表精确读数现仪表精确读数现仪表精确读数现仪表精确读数2009.42009.5 系统系统系统系统功能功能功能功能合成合成合成合成完整的完整的完整的完整的仪表仪表仪表仪表数值识读数值识读数值识读数值识读系统系
14、统系统系统信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项项 目目 预预 期期 成成 果果1.1.1.1.设设计计一一套套集集成成图图像像采采集集、处处理理与与数数据据无无线线传传输输的的家家用用设设计计一一套套集集成成图图像像采采集集、处处理理与与数数据据无无线线传传输输的的家家用用 2.2.2.2. 仪表自动抄表硬件系统；仪表自动抄表硬件系统；仪表自动抄表硬件系统；仪表自动抄表硬件系统；3.3.3.3.2.2.2.2.设计并实现新颖的仪表读数图
15、像处理算法；设计并实现新颖的仪表读数图像处理算法；设计并实现新颖的仪表读数图像处理算法；设计并实现新颖的仪表读数图像处理算法；3.3.3.3.形成模块化的形成模块化的形成模块化的形成模块化的CMOSCMOSCMOSCMOS摄像头图像采集、摄像头图像采集、摄像头图像采集、摄像头图像采集、ZigbeeZigbeeZigbeeZigbee通信、通信、通信、通信、DSPDSPDSPDSP 开发系统等小型实验装置，用于开展科研实验活动；开发系统等小型实验装置，用于开展科研实验活动；开发系统等小型实验装置，用于开展科研实验活动；开发系统等小型实验装置，用于开展科研实验活动；4.4.4.4.积极进行学术交流
16、，争取发表积极进行学术交流，争取发表积极进行学术交流，争取发表积极进行学术交流，争取发表1 1 1 13 3 3 3篇的研究论文。篇的研究论文。篇的研究论文。篇的研究论文。信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项项 目目 经经 费费 预预 算算固定支架、机固定支架、机械板材等。约械板材等。约0.10.1万元万元硬件硬件系统系统实验实验耗材耗材信息信息费用费用其它其它费用费用项目总计：项目总计：项目总计：项目总计：2.22.2万元万元万元万元
17、元器件、电路板元器件、电路板等。约等。约0.60.6万元万元论文版面费、技论文版面费、技术书刊资料、复术书刊资料、复印费等。约印费等。约0.30.3万元万元图象采集装置、系图象采集装置、系统主板、电源检测统主板、电源检测模块、模块、ZigbeeZigbee通信通信模块等。约模块等。约1.21.2万万元元信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o团团 队队 情情 况况 及及 分分 工工曾曾获获得得 “东东软软杯杯 ”电电子子设设计计竞竞赛赛三三等
18、等奖奖，熟熟悉悉各各种种硬硬件件设设施施，有有较较强强的的实实验验基基础础和和理理论论基基础础；四四次次获获校校一一等等奖奖学学金金，多多次次获获得得各各种种命命名名奖奖学学金金；被被评评为为沈沈阳阳市市优优秀秀大大学学生；主要负责系统方案设计和硬件搭建工作。生；主要负责系统方案设计和硬件搭建工作。 来来自自尖尖子子 0 06 63 3班班；正正在在参参加加飞飞思思卡卡尔尔杯杯智智能能车车竞竞赛赛，单单片片机机软软硬硬件件开开发发、图图像像采采集集与与处处理理有有较较好好基基础础；多多次次获获得得校校一、二等奖学金；主要负责软件开发、图像处理等工作。一、二等奖学金；主要负责软件开发、图像处理等
19、工作。 来来自自尖尖子子 0 06 63 3班班；有有很很强强的的创创新新精精神神和和动动手手能能力力；曾曾三三次次获获得得校校二二等等奖奖学学金金，一一次次国国家家励励志志奖奖学学金金；主主要要负负责责系系统统调试、无线通信等工作。调试、无线通信等工作。 赵立蒙赵立蒙白秋石白秋石齐子新齐子新信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o导导 师师 情情 况况 张云洲老师，来自信息学院人工智能与机器人张云洲老师，来自信息学院人工智能与机器人研究所，
20、在创新科技活动指导方面具有较丰富的经研究所，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验。作为指导教师带队参加20052005、20062006年度全国大年度全国大学生机器人竞赛，获两次季军；学生机器人竞赛，获两次季军；20072007年指导研究生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，和本科生参加全国大学生智能车竞赛，获一等奖，20082008年指导本科生参加美国大学生数学模型竞赛获年指导本科生参加美国大学生数学模型竞赛获国际二等奖。国际二等奖。信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与
21、图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o项项 目目 平平 台台 延延 伸伸扩扩扩扩 展展展展应应应应 用用用用工业仪表数值识读工业仪表数值识读指针型仪表数值识读指针型仪表数值识读二维条码识别二维条码识别智能型图像监控智能型图像监控表面质量检测表面质量检测信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置L o g o基于无线与图像的家用仪表数值识读装置基于无线与图像的家用仪表数值识读装置基于无线与图像的家用仪表数值识读装置基于无线与图像的家用仪表数值识读装置信息科学与工程学院信息科学与工程学院基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装基于无线与图像的家用仪表数值识读装置置置置
