基于嵌入式wifi和App服務(wù)的電力儀表視覺校準(zhǔn)系統(tǒng)

劉默耘 孫國(guó)棟 周堡 查代凡 胡天宇

摘要：電力儀表的準(zhǔn)確度在各行各業(yè)中一直備受關(guān)注，如果因某些原因發(fā)生測(cè)量不準(zhǔn)確的情況，將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以對(duì)電力儀表的校準(zhǔn)有著十分重要的意義。而傳統(tǒng)的視覺檢測(cè)方法因其需要PC機(jī)執(zhí)行算法，故每臺(tái)相機(jī)均需配備電腦，機(jī)動(dòng)性和靈活度較差，且成本高。而以往記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)多采用人工手寫，不易調(diào)取文件，也無法保證存檔的完整性。故本文提出了一種基于嵌入式wifi圖像傳輸?shù)碾娏x表視覺校準(zhǔn)系統(tǒng)，且開發(fā)了App應(yīng)用，使得檢測(cè)人員的檢測(cè)工作更加方便、靈活，也降低了硬件成本，應(yīng)用性好。

關(guān)鍵詞：嵌入式；機(jī)器視覺；電表校準(zhǔn)；wifi傳輸；APP服務(wù)

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）22-0296-02

Abstract：The accuracy of power meters has always been a concern in all walks of life. If inaccurate measurements occur for some reason， serious economic losses will occur. Therefore， calibration of power meters is of great significance. The traditional visual inspection method requires the PC to execute the algorithm. Therefore， each camera must be equipped with a computer， which has poor mobility and flexibility， and the cost is high. In the past， recording test data mostly used manual handwriting， which made it difficult to retrieve files and ensured the integrity of the files. Therefore， in this paper a visual calibration system of power meters is proposed based on embedded wifi image transmission， and App application is developed， which makes the inspection personnel's detection work more convenient and flexible. It also reduces hardware costs and has good applicability.

Key words： embedded； machine vison； meter calibration； wifi transmission； APP service

1 背景

近年來，電力儀表在電力互感電壓、電流測(cè)量中得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。電力儀表在使用一段時(shí)間后，由于磨損、材料、線路老化等因素的影響，其技術(shù)特性將發(fā)生變化，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度，因此電力儀表校驗(yàn)對(duì)工程安全運(yùn)行、及時(shí)查出隱患、掌握運(yùn)行狀況有著重要意義。國(guó)家規(guī)定必須對(duì)使用中或修理后的電力儀表進(jìn)行定期校驗(yàn)，其目的是測(cè)定被校驗(yàn)儀表在規(guī)定工作條件下，準(zhǔn)確度是否達(dá)到標(biāo)定值。

傳統(tǒng)視覺方法一般要求每套檢測(cè)相機(jī)都配備一臺(tái)PC實(shí)施圖像處理[1]，若需在一定區(qū)域范圍內(nèi)測(cè)量多個(gè)處于不同位置的電力儀表時(shí)就十分的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且獲得的檢測(cè)報(bào)表無法隨時(shí)調(diào)取查看，只能存檔于手寫報(bào)表中或某個(gè)PC端。針對(duì)以上問題，成功研發(fā)出基于嵌入式wifi圖像傳輸和App服務(wù)的電力儀表視覺校準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)在一定區(qū)域內(nèi)只需配備一臺(tái)服務(wù)器，相機(jī)接入嵌入式平臺(tái)后，通過wifi模塊傳輸圖像給服務(wù)器進(jìn)行圖像識(shí)別，使得檢測(cè)人員更方便檢測(cè)，且生成的報(bào)表可隨時(shí)在App終端查看。

2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)主要包括標(biāo)準(zhǔn)儀表和需要檢測(cè)的被測(cè)儀表、兩個(gè)工業(yè)CCD相機(jī)、搭載了wifi模塊的嵌入式板、執(zhí)行識(shí)別校對(duì)的服務(wù)器、可以隨時(shí)查看檢測(cè)報(bào)表的APP終端。

系統(tǒng)工作流程如圖1所示，首先將兩個(gè)工業(yè)CCD相機(jī)分別對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)儀表和被測(cè)儀表，使電力儀表上數(shù)據(jù)顯示結(jié)果在工業(yè)CCD相機(jī)的標(biāo)定范圍內(nèi)，工業(yè)CCD相機(jī)將采集的圖像信息傳輸給相連的嵌入式板，通過嵌入式板將圖像通過wifi傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器內(nèi)置圖像處理算法，實(shí)時(shí)識(shí)別圖像結(jié)果、統(tǒng)計(jì)分析生成數(shù)據(jù)報(bào)表，并可以發(fā)送給APP終端。

3 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文所采用的嵌入式平臺(tái)是“Raspberry Pi 基金會(huì)”開發(fā)的樹莓3代B型微型電腦主板[2]，該版本自帶支持802.11 b/g/n協(xié)議的wifi模塊，主芯片為Broadcom BCM2837 芯片組，運(yùn)行頻率1.2 GHz，配備有64位四核ARM Cortex-A53的CPU，1 x CSI攝像機(jī)連接器，1GB LPDDR2存儲(chǔ)器，4個(gè)USB2.0接口。其所自帶的wifi模塊十分適合本文使用，且設(shè)備性價(jià)比高。

相機(jī)部分考慮到工業(yè)相機(jī)連接樹莓派時(shí)需要安裝驅(qū)動(dòng)，而樹莓派自帶相機(jī)就已有500萬像素可以滿足要求，且其可直接利用命令符進(jìn)行控制，方便簡(jiǎn)單，故本文直接選用樹莓派自帶相機(jī)模組。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 樹莓派板的系統(tǒng)搭建

首先，向樹莓派中燒錄通用系統(tǒng)Raspbain Jessie With PIXEL。燒錄完成后將樹莓派與PC端通過局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面連接，在PC端獲得如圖2所示的操作界面。然后輸入相應(yīng)指令打開wifi模塊使樹莓派連接wifi，再輸入相應(yīng)指令對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制、拍照[3]，隨后通過wifi將圖片上傳到服務(wù)器中。

4.2 圖像處理算法

4.2.1 圖像分割

高壓電力儀表界面上會(huì)顯示需要記錄和識(shí)別的字符，為了提取單個(gè)字符的特征，需對(duì)采集的顯示圖像進(jìn)行字符分割。首先對(duì)原始圖像二值化去掉干擾得到如圖3（a）的二值化圖像，再對(duì)字符進(jìn)行膨脹處理，針對(duì)一般字符比如0～9、m等各筆畫間距離不大的字符，膨脹次數(shù)設(shè)置到使它們各自筆畫直接形成連通域，而對(duì)于Z，K等存在部分筆畫間距離較大的字符，則在此膨脹基礎(chǔ)上在每個(gè)字符內(nèi)部尋找多個(gè)連通域，并依據(jù)各自最小外接矩形的相鄰位置關(guān)系將他們合并成一個(gè)字符，如圖3（b）、3（c）所示，該算法不僅能準(zhǔn)確地分割出每個(gè)字符，還能避免膨脹次數(shù)過多導(dǎo)致字符特征丟失。

4.2.2 字符歸一化

電力儀表圖像分割后的字符大小不一，直接提取字符特征會(huì)造成特征尺度不一，識(shí)別率低。本算法對(duì)分割字符的高和寬進(jìn)行等比的放大，將字符的特征尺度歸一化。

4.2.3 字符分類算法

系統(tǒng)采用KNN算法對(duì)歸一化后的圖像進(jìn)行分類[4]，其算法核心思路是：如果一個(gè)樣本在特征空間中的k個(gè)最相似（即特征空間中最鄰近）樣本中的大多數(shù)屬于某一個(gè)類別，則該樣本也屬于這個(gè)類別。

4.3 App設(shè)計(jì)

手機(jī)App的開發(fā)基于手機(jī)Android平臺(tái)[5]，如圖4所示用戶通過手機(jī)號(hào)注冊(cè)，輸入后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送的驗(yàn)證碼后登陸，后臺(tái)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)保存檢測(cè)報(bào)表，用戶在登錄賬號(hào)后在App界面輸入標(biāo)準(zhǔn)表型號(hào)、測(cè)試表型號(hào)以及檢測(cè)日期三項(xiàng)信息，后臺(tái)服務(wù)器將會(huì)把相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)表發(fā)送給手機(jī)端，用戶可以將此報(bào)表保存于手機(jī)中隨時(shí)進(jìn)行查看，也可以通過手機(jī)App搜索查詢。

5 結(jié)論

將自帶wifi模塊的樹莓派嵌入式板與電力儀表視覺校準(zhǔn)系統(tǒng)相結(jié)合，使得檢測(cè)人員在一定區(qū)域內(nèi)需要檢測(cè)多個(gè)儀表時(shí)，極大地減少需要配備服務(wù)器的數(shù)量，大幅降低了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。且App應(yīng)用為檢測(cè)人員后續(xù)對(duì)檢測(cè)報(bào)表的調(diào)取、查看、存檔都提供了便利，避免了文件和數(shù)據(jù)的丟失。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：唐一東】