[0001] 本
发明是
申请号为2016101848303、申请日为2016年3月28日、
发明名称为“用于灰尘检测的
电能表”的
专利的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及
图像识别领域，尤其涉及一种用于灰尘检测的电能表。
背景技术
[0003]
电梯间的卫生清理一般由电梯间所在居民楼的物业管理中心负责，通过聘用清洁人员的方式，每隔固定时间前往每一个电梯间进行定点打扫灰尘，这种方式没有考虑到电梯间的灰尘的实际分布情况，例如，秋天和冬天灰尘的积累速度是不同的，因而很容易导致灰尘清理
频率不合理，过于依赖人工，耗费大量人
力和物力，反而在一定程度上提高了居民的物业
费用。
[0004] 然而，如果设计一套电梯间灰尘状况检测设备，为每一个电梯间安置这样的设备，将导致原本紧张的电梯间公共空间更加拥挤不堪，因此，需要将一些能够功能合并和集成的
电子设备放置在同一个设备空间内，从而减少对电梯间公共空间的占用。
[0005] 因此，需要一种用于灰尘检测的电能表，能够对现有电梯间电能表进行结构改造，在优化其对交流电力线路的检测
精度的同时，通过合理设计其内部结构，将灰尘检测设备容纳到电能表设备空间内，从而减少了对电梯间公共空间的占用，实现对电梯间灰尘的自适应清扫。
发明内容
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种用于灰尘检测的电能表，能够对电能表的电力参数检测机制进行优化，并对电梯间的灰尘分别情况进行检测，以在灰尘浓度过高时自动安排人手前往清理，尤其关键的是，还能够放置在电能表的设备空间内，提高电梯间公共空间的使用率。
[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种用于灰尘检测的电能表，包括图像拍摄设备、清洁度检测设备、灰尘浓度检测设备和MSP430
单片机，图像拍摄设备和清洁度检测设备用于基于
图像处理以检测电梯间灰度状况，灰尘浓度检测设备用于基于激光检测以获得电梯间灰尘浓度，MSP430单片机分别与图像拍摄设备、清洁度检测设备和灰尘浓度检测设备连接。
[0008] 更具体地，在所述用于灰尘检测的电能表中，包括：高清摄像头，设置在电能表的外框上，面向电梯间进行拍摄以获得高清电梯间图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清电梯间图像，并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清电梯间图像，针对高清电梯间图像中的每一个
像素点，提取其R、G、B三
颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11；图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波；全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化
阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值；图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；
图像分割设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设楼宇地面轮廓检测校正图像中楼宇地面的
位置，并基于楼宇地面的位置从灰度化图像处分割出对应的灰度化地面图像；清洁度检测设备，与图像分割设备连接，用于基于灰度化地面图像的全部像素点的灰度值计算灰度化地面图像的灰度平均值，并将灰度平均值与预设灰度值进行比较，当灰度平均值小于等于预设灰度值，发出需要清洁
信号，当灰度平均值小于预设灰度值，发出不需要清洁信号；灰尘浓度检测设备，包括激光发射器、光敏元件、信号
放大器、内置RAM和AT89C51单片机，激光发射器用于向空气中发射探测激光，光敏元件用于接收探测激光被尘埃粒子散射后的散射激光，并将散射激光转换为对应的脉冲信号，信号放大器与光敏元件连接，用于将脉冲信号进行放大，内置RAM用于预先存储基准激光粒子信号的相关信息，AT89C51单片机分别与信号放大器和内置RAM连接，对放大后的脉冲信号进行
数字信号处理，将处理结果与基准激光粒子信号的相关信息进行比较，以判断并输出空气中的灰尘浓度；
电流互感器及取样
电路，与交
流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于对A相线路、B相线路和C相线路中的电流信号分别进行取样；
电压取样电路，与交流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于对A相线路、B相线路和C相线路中的电压信号分别进行取样；电流信号调理电路，与电流互感器及取样电路连接，用于对取样电流进行信号调理；电压信号调理电路，与电压取样电路连接，用于对取样电压进行信号调理；AD73360芯片，分别与电流信号调理电路和电压信号调理电路连接，对调理后的取样电流和调理后的取样电压分别执行16位A/D转换，获得数字电流信号和数字电压信号，还通过串行外设
接口SPI与MSP430单片机进行数据通信；EEPROM存储芯片，通过串行外设接口SPI与MSP430单片机进行双向数据交换；系统供电电源模
块，与交流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于执行交流电到直流电的转换，为各个电子器件提供直流电力供应；GPRS
通信接口，与MSP430单片机连接，用于接收并输出交流线路的有功功率和
无功功率，GPRS通信接口还用于将灰尘过多信号发送到远端的物业管理中心，以触发物业管理中心派遣清洁人员前往对应的电梯间进行清扫工作；显示接口，与MSP430单片机连接，用于接收并显示交流线路的有功功率和无功功率；电力线载波通讯设备，与MSP430单片机连接，包括载波接收电路和载波发送电路，载波接收电路由耦合电路、带通
滤波器和模拟前端组成，载波发送电路由信号耦合电路、谐振
功率放大器和扩频调制信号输入接口组成；MSP430单片机，分别与AD73360芯片、EEPROM存储芯片、GPRS通信接口和显示接口连接，用于接收AD73360芯片通过串行外设接口SPI输出的数字电流信号和数字电压信号，基于数字电流信号和数字电压信号确定数字电流信号的有效值、数字电压信号的有效值以及交流线路的有功功率和无功功率；MSP430单片机还分别与灰尘浓度检测设备和清洁度检测设备连接，当接收到的灰尘浓度大于等于预设浓度阈值且接收到需要清洁信号时，发出灰尘过多信号，当接收到的灰尘浓度小于预设浓度阈值或接收到不需要清洁信号时，发出灰尘正常信号。
[0009] 更具体地，在所述用于灰尘检测的电能表中：EEPROM存储芯片还存储了预设浓度阈值。
[0010] 更具体地，在所述用于灰尘检测的电能表中：EEPROM存储芯片还存储了预设灰度值。
[0011] 更具体地，在所述用于灰尘检测的电能表中：清洁度检测设备还与EEPROM存储芯片连接。
[0012] 更具体地，在所述用于灰尘检测的电能表中：MSP430单片机与AD73360芯片、EEPROM存储芯片和显示接口被集成在一块集成
电路板上。
附图说明
[0013] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
[0014] 图1为根据本发明实施方案示出的用于灰尘检测的电能表的结构方
框图。
[0015] 附图标记：1图像拍摄设备；2清洁度检测设备；3灰尘浓度检测设备；4MSP430单片机
具体实施方式
[0016] 下面将参照附图对本发明的用于灰尘检测的电能表的实施方案进行详细说明。
[0017] 电梯间内需要更多的电子设备去完成各种监控任务，例如，需要对电梯间的灰尘状况进行检查和分析，以在灰尘过多、需要清洁时，及时通知电梯间所在居民楼的物业管理中心，方便物业管理中心安排清洁人员前往该电梯间进行打扫。
[0018]
现有技术中，电梯间并不存在这样的电子设备，电梯间的灰尘的清理仍需要清洁人员定期定点前来处理，这样的处理方式耗费大量的人力和物力，同时对灰尘的处理不够及时，清理效率低下。
[0019] 同时，现有技术中也没有给类似电子设备提供合理的设备安置空间，如果为每一个电子设备安排独立的设备空间，则电梯间有限的公共空间根本容纳不了所有电子设备，因此，需要对电梯间的公共空间进行合理的设计。
[0020] 为了解决上述技术问题，本发明搭建了一种用于灰尘检测的电能表，该处理平台能够容纳在现有的电能表内，优化电能表的电能参数检测机制，而且能够实时对电梯间的灰尘进行自动检测和自动报警，从而避免无效的人工打扫操作。
[0021] 图1为根据本发明实施方案示出的用于灰尘检测的电能表的结构方框图，包括图像拍摄设备、清洁度检测设备、灰尘浓度检测设备和MSP430单片机，图像拍摄设备和清洁度检测设备用于基于图像处理以检测电梯间灰度状况，灰尘浓度检测设备用于基于激光检测以获得电梯间灰尘浓度，MSP430单片机分别与图像拍摄设备、清洁度检测设备和灰尘浓度检测设备连接。
[0022] 接着，继续对本发明的用于灰尘检测的电能表的具体结构进行进一步的说明。
[0023] 所述电能表包括：高清摄像头，设置在电能表的外框上，面向电梯间进行拍摄以获得高清电梯间图像；复杂度检测设备，与高清摄像头连接，用于接收高清电梯间图像，并基于高清电梯间图像计算并输出图像复杂度；灰度转化设备，与高清摄像头连接，用于接收高清电梯间图像，针对高清电梯间图像中的每一个像素点，提取其R、G、B三颜色通道分量，对R、G、B三颜色通道分量赋予不同的权重值以进行加权平均，以获得对应的灰度值，所有像素点的灰度值组成灰度化图像，其中R、G、B三颜色通道分量的权重值分别为0.3、0.59和0.11。
[0024] 所述电能表包括：图像滤波设备，分别与复杂度检测设备和灰度转化设备连接，用于基于图像复杂度确定选择的滤波策略，当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，选择高斯滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，选择均值滤波策略对灰度化图像进行滤波，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，选择中值滤波策略对灰度化图像进行滤波。
[0025] 所述电能表包括：全局二值化设备，分别与复杂度检测设备和图像滤波设备连接，用于基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略，在确定全局二值化阈值之后，使用全局二值化阈值将灰度化图像进行二值化处理，使得处理后的二值化图像的像素值只有0或255这二种选择，其中基于图像复杂度确定全局二值化阈值的确定策略具体包括：当图像复杂度在预设复杂度范围下限以下时，采用双峰法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围上限以上时，采用最大类间方差法确定全局二值化阈值，当图像复杂度在预设复杂度范围以内时，采用平均值法确定全局二值化阈值。
[0026] 所述电能表包括：图像校正设备，与全局二值化设备连接以接收二值化图像，用于对二值化图像依次进行旋转校正处理、冗余裁剪处理和图像归一化处理，以获得校正图像；图像分割设备，分别与图像校正设备和灰度转化设备连接，用于基于预设楼宇地面轮廓检测校正图像中楼宇地面的位置，并基于楼宇地面的位置从灰度化图像处分割出对应的灰度化地面图像；清洁度检测设备，与图像分割设备连接，用于基于灰度化地面图像的全部像素点的灰度值计算灰度化地面图像的灰度平均值，并将灰度平均值与预设灰度值进行比较，当灰度平均值小于等于预设灰度值，发出需要清洁信号，当灰度平均值小于预设灰度值，发出不需要清洁信号。
[0027] 所述电能表包括：灰尘浓度检测设备，包括激光发射器、光敏元件、信号放大器、内置RAM和AT89C51单片机，激光发射器用于向空气中发射探测激光，光敏元件用于接收探测激光被尘埃粒子散射后的散射激光，并将散射激光转换为对应的脉冲信号，信号放大器与光敏元件连接，用于将脉冲信号进行放大，内置RAM用于预先存储基准激光粒子信号的相关信息，AT89C51单片机分别与信号放大器和内置RAM连接，对放大后的脉冲信号进行数字
信号处理，将处理结果与基准激光粒子信号的相关信息进行比较，以判断并输出空气中的灰尘浓度。
[0028] 所述电能表包括：电流互感器及取样电路，与交流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于对A相线路、B相线路和C相线路中的电流信号分别进行取样；电压取样电路，与交流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于对A相线路、B相线路和C相线路中的电压信号分别进行取样；电流信号调理电路，与电流互感器及取样电路连接，用于对取样电流进行信号调理；电压信号调理电路，与电压取样电路连接，用于对取样电压进行信号调理。
[0029] 所述电能表包括：AD73360芯片，分别与电流信号调理电路和电压信号调理电路连接，对调理后的取样电流和调理后的取样电压分别执行16位A/D转换，获得数字电流信号和数字电压信号，还通过串行外设接口SPI与MSP430单片机进行数据通信；EEPROM存储芯片，通过串行外设接口SPI与MSP430单片机进行双向数据交换；系统供电电源模块，与交流线路中的A相线路、B相线路和C相线路连接，用于执行交流电到直流电的转换，为各个电子器件提供直流电力供应。
[0030] 所述电能表包括：GPRS通信接口，与MSP430单片机连接，用于接收并输出交流线路的有功功率和无功功率，GPRS通信接口还用于将灰尘过多信号发送到远端的物业管理中心，以触发物业管理中心派遣清洁人员前往对应的电梯间进行清扫工作；显示接口，与MSP430单片机连接，用于接收并显示交流线路的有功功率和无功功率；电力线载波通讯设备，与MSP430单片机连接，包括载波接收电路和载波发送电路，载波接收电路由耦合电路、
带通滤波器和模拟前端组成，载波发送电路由信号耦合电路、谐振功率放大器和扩频调制信号输入接口组成。
[0031] 所述电能表包括：MSP430单片机，分别与AD73360芯片、EEPROM存储芯片、GPRS通信接口和显示接口连接，用于接收AD73360芯片通过串行外设接口SPI输出的数字电流信号和数字电压信号，基于数字电流信号和数字电压信号确定数字电流信号的有效值、数字电压信号的有效值以及交流线路的有功功率和无功功率；MSP430单片机还分别与灰尘浓度检测设备和清洁度检测设备连接，当接收到的灰尘浓度大于等于预设浓度阈值且接收到需要清洁信号时，发出灰尘过多信号，当接收到的灰尘浓度小于预设浓度阈值或接收到不需要清洁信号时，发出灰尘正常信号。
[0032] 可选地，在所述用于灰尘检测的电能表中：EEPROM存储芯片还存储了预设浓度阈值；EEPROM存储芯片还存储了预设灰度值；清洁度检测设备还与EEPROM存储芯片连接；以及MSP430单片机还可以与AD73360芯片、EEPROM存储芯片和显示接口被集成在一块集成电路板上。
[0033] 另外，通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service)的简称，他是GSM
移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。
[0034] GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。他通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户
数据速率却相当可观。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上(VRN)的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。
[0035] GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包(分组)，每个包的前面有一个分组头(其中的地址标志指明该分组发往何处)。数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。而是在每一个数据包到达时，根据数据报头中的信息(如目的地址)，临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。例如一个进行WWW浏览的用户，大部分时间处于浏览状态，而真正用于数据传送的时间只占很小比例。这种情况下若采用固定占用信道的方式，将会造成较大的资源浪费。
[0036] 采用本发明的用于灰尘检测的电能表，针对现有技术无法同时解决灰尘检测设备安置空间以及电能表检测效率偏下的技术问题，通过合理设计电能表内部结构，优化电能表对交流电力线路的检测机制，更关键的是，将集成激光检测和图像检测的电梯间灰度检测设备集成到电能表中，从而避免对电梯间原本有限的公共空间的过度占用，提高电梯间灰尘打扫的效率。
[0037] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳
实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
