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无线摄像式智能抄表系统的设计与实现摘要：针对目前电力行业手工抄表实时性差精度低的特点设计了一套低成本的无线摄像式智能抄表系统并详细地分析了该系统的各个组成部分及其工作原理。系统采用定时摄像、无线传输和数字图像识别相结合的方法用户无需更换已有的传统电能表只需在现有的电能表上安装摄像与传输模块即可实现无线智能抄表。与手工抄表方式相比该系统能提高数据采集速度和精度；与常见的一体化智能电表相比能降低智能电网建设成本尤其适合在广大的农村地区使用。关键词：无线抄表；ZigBee；通用分组无线业务（GPRS）；图像识别中图分类号：TP752.1文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2012.05.015引言自动抄表技术的发展经历了多个阶段目前常用的自动抄表系统按照通信方式可分为有线和无线两种。有线传输抄表方式适用于集中的计量终端和距离较近的场所常见的有公用电话网、有线电视网、RS485双绞线和电力线载波；无线传输抄表方式应用比较灵活常用的有车载自动抄表系统和GSM/GPRS抄表系统。目前在智能电网的改造和建设过程中常用的办法是用智能一体化电表直接替换原来的电网设备。这种方式不仅资金投入量大而且浪费资源。为此现设计了无线摄像式智能抄表系统该系统只需在现有网络基础上安装简单的具有图像处理和识别能力的抄表终端就能实现无线智能抄表尤其适合在广大的农村地区使用[12]。1无线摄像抄表系统的工作原理无线摄像抄表系统的工作原理如图1所示系统由无线摄像式抄表器[3]、数据处理中继器[45]、数据集中器[67]和控制中心服务器构成。首先抄表器对电能表计数表头拍照然后通过SI4432无线模块把图像数据传输给中继器如果数据接收无误中继器再把图像数据通过ZigBee转发给数据集中器数据集中器对接收到的图像数据进行数字识别后再通过GPRS把识别出的电能表读数发给控制中心从而完成远程无线抄表。2无线摄像抄表系统的硬件结构如图1所示系统硬件主要由无线摄像式抄表器、数据处理中继器、数据集中器和控制中心服务器4个部分组成。抄表器直接安装在原有电度表的表盘上采用定时摄像的方式采集电能表读数区域的图片；中继器安装在电度表比较集中区域的电杆顶端用来延长数据传输距离和验证数据的完整性；集中器主要用来处理图像数据和管理下级节点；控制中心是整个系统的核心终端用来控制系统和收集用户数据。系统的各部分组成具体如下：wirelessmeterreadingmachine2.1无线摄像式抄表器无线摄像式抄表器的硬件框图如图2所示它由微处理器MSP430F447、图像传感器OV7670、FIFO存储器芯片AL422B和SI4432无线模块组成。在抄表器中微处理器既要满足电池供电能力有限引起的功耗要求又要有一定的数据处理能力和相关的外设接口。MSP430F447有着强大的数据处理能力和超低功耗的特点自带32k的FLASH和1k的RAM有I2CUART等丰富的外设接口能很好地满足抄表器低功耗的要求；图像传感器采用Ommivision生产的CMOS芯片OV7670该芯片体积小工作电压低支持VGAGIF等各种格式主芯片通过标准的SCCB总线来配置其寄存器通过FIFO芯片来存储图像数据。在系统中为了降低无线传输的数据量微处理器通过SCCB总线配置其输出黑白图像数据；SI4432是SiliconLabs生产的一款远距离无线芯片接收灵敏度为-117dBm发射功率为11～20dBm有效通信距离为1.7km在系统中SI4432无线模块工作在470MHz频率发射功率设置为最大；AL422B是一款容量为393216字节的FIFO存储芯片其所有的寻址刷新等操作都是在芯片内部的控制系统内完成的具有独立的读写操作能力。抄表器直接安装在原有电度表的表盘上摄像头正对电能表的读数区域。当抄表器定时唤醒后LED被点亮CMOS开始拍照拍照后的数据先通过8位数据总线存储在FIFO芯片中然后MSP430通过8位数据总线从FIFO芯片中读取数据。当一帧图像采集完成后关闭LED和CMOS同时将数据通过SI4432无线模块发送给中继器一次采集完成后抄表器进入休眠状态直到下次定时唤醒。由于SI4432无线模块的传输距离有限因此实际安装时采集器与中继器距离不超过300m。2.2图像传输处理中继器中继器主要用来延长数据传输距离和验证数据的完整性它由MCU处理器、外部SRAM、SI4432无线传输模块和ZigBee无线模块组成外置天线并配有锂电池、太阳能极板和防水外壳。其中MCU采用意法半导体公司生产的STM32F103ZET6处理器它基于ARM的CortexM3内核最高工作频率可达72MHz