1 引言
自動抄表簡稱amr（automatic meter reading)，是指采用通信、計算機等技術(shù)，通過專用設備對各種儀表（如水表、電表、氣表等）的數(shù)據(jù)進行自動采集和處理的系統(tǒng)。它一般是通過數(shù)據(jù)采集器讀取表計的讀數(shù)，然后通過傳輸控制器將數(shù)據(jù)傳至管理中心，對數(shù)據(jù)進行存儲、顯示、打印。自動抄表在上世紀80年代誕生于美國，并隨著計算機、通信、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展而得到了迅猛的發(fā)展。iec的tc13和tc57兩大標準化組織在其標準體系中都為amr系統(tǒng)制定了相關(guān)的標準。各種形式的amr系統(tǒng)，各種新的amr技術(shù)不斷推陳出新，推動著整個自動抄表技術(shù)行業(yè)的發(fā)展，本文介紹的就是一種新穎的基于web的自動抄表系統(tǒng)設計。
2 硬件系統(tǒng)設計
由于以太網(wǎng)的種種特點，采用以太網(wǎng)作為傳輸媒介的抄表系統(tǒng)具有相當?shù)膬?yōu)勢：首先是不需要鋪設專用的通信線路，而利用現(xiàn)成的internet網(wǎng)；其次是網(wǎng)絡有足夠快的速度，對抄表系統(tǒng)速度己經(jīng)足夠；以太網(wǎng)能傳播的不僅僅是數(shù)據(jù)信號，還有音頻、圖像等多媒體信息；采用的協(xié)議是現(xiàn)成而公開的，任何一種web瀏覽器都可以照讀不誤，方便管理者隨時隨地查詢儀表信息；信息直接反映在色彩豐富的網(wǎng)頁上，形式可以是數(shù)據(jù)、文字、圖像、表格或語音，實時數(shù)據(jù)會自動更新，對儀表的操作會有及時可見的反饋。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)中，我們采用以太網(wǎng)作為系統(tǒng)通訊的主要載體，前端機與上位機是系統(tǒng)的主要工作單元。前端機集儀表數(shù)據(jù)采集器及傳輸控制器的功能于一身。存本遠釋抄表系統(tǒng)的硬件設計中.最重要的部分就是中央處理器s3c2410。
圖1 系統(tǒng)原理框圖
2.1 存儲器的控制
本系統(tǒng)設計包含4mb（可擴展為16mb）flash存儲器，內(nèi)部存放啟動代碼（bootloader）、linux內(nèi)核映象和ramdisk壓縮映像，剩余的存儲空間可存放用戶程序或其它用戶存儲資料，還可升級操作系統(tǒng)，且用戶存儲資料斷電也不會丟失。flash存儲器的數(shù)據(jù)寬度為32位，映射到s3c2410的rom bank0，地址從0x0-0x400000。
s3c2410啟動代碼可以存儲在外部的nand閃存。為了支持nand閃存bootloader,s3c2410設置了一個sdram緩沖器叫做“steppingstone”。啟動時，nand閃存最前端的4kb啟動代碼加載到“steppingstone”中并且被執(zhí)行。一般來講，啟動代碼會復制nand閃存中的內(nèi)容到sdram中。利用硬件糾錯碼，hand閃存中數(shù)據(jù)的有效性會得到驗證。完成復制后，主程序會在sdarm中被執(zhí)行。nand閃存控制如圖2所示。
圖2 nand閃存控制圖
2.2 s3c2410的usb接口設計
在抄表系統(tǒng)中，圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸是系統(tǒng)的功能重要組成部分。圖像數(shù)據(jù)的采集通過s3c2410 usb host接口完成，采集的數(shù)據(jù)使用網(wǎng)絡接口通過internet傳回控制中心上位機。s3c2410集成的usb接口模塊中含有2個usb host接口，1個usb device接口。usb device接口可以工作在中斷模式或dma模式，兼容usb1.1協(xié)議，可以在高速〔12mbps〕和低速(1.5mbps)下工作。接口電路如圖3所示。
圖3 usb接口電路
2.3 以太網(wǎng)接口設計
s3c2410沒有集成以太網(wǎng)控制器，系統(tǒng)采用外接一種單芯片的以太網(wǎng)控制器cs8900a實現(xiàn)以太網(wǎng)接口。cs8900a主要結(jié)構(gòu)包括，16位isa總線接口、802.3 mac引擎、內(nèi)部緩沖存儲器、串行eeprom接口并支持10base-t與aui（連接單元接口）以太網(wǎng)端口。
cs8900a支持的串行eeprom可以用于保存cs8900a的配置信息和系統(tǒng)的以太網(wǎng)地址，但這個eeprom是可選的，因為處理器可以將這些數(shù)據(jù)保存到系統(tǒng)的其他地方。
cs8900a通過一個隔離變壓器連接到rj45端口上。cs8900a可以直接驅(qū)動led，用以指示以太網(wǎng)的鏈路狀態(tài)及總線與網(wǎng)絡的活動情況。
cs8900a需要外接20m的晶體提供時序，在正常操作下，cs8900a完成兩個基本功能即：以太網(wǎng)包的發(fā)送和接收，在發(fā)送和接收前必須配置好cs8900a。上電復位后，cs8900a要為收發(fā)包進行配置，各種各樣的參數(shù)要寫入內(nèi)部的配置和控制寄存器，如:存儲器基地址，以太網(wǎng)物理地址，接收的幀類型，使用何種媒體接口等。配置信息既可以通過isa總線由主機配置也可以由外部eeprom自動配置，配置完畢后，操作可以進行了。
cs8900a與s3c2410按照16位方式連接，網(wǎng)卡芯片復位后默認工作方式為i/o連接，基址是300h。
3 軟件系統(tǒng)設計
通過對抄表應用的考察，可以看出本抄表系統(tǒng)應用比較單一。前端機只是讀取攝像頭圖像數(shù)據(jù)，然后發(fā)回上位機。因而要求操作系統(tǒng)要能裁減，并且能支持tcp/ip協(xié)議，應能加載usb驅(qū)動程序，此外還要考慮的以后的系統(tǒng)擴展，而帶來的軟件升級問題。綜合考慮，本系統(tǒng)選擇linux系統(tǒng)。linux系統(tǒng)主要包括三層結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
圖4 軟件系統(tǒng)框圖
軟件部分設計主要包括：linux操作系統(tǒng)的移植；嵌入式linux系統(tǒng)下功能模塊的驅(qū)動；linux下的視頻采集和圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)人牟糠纸M成。
linux對于視頻采集設備的支持是通過video4linux實現(xiàn)的。vdeo4linux是為各種電視卡、并口、usb接口的音視頻采集設備提供統(tǒng)一的編程接口。對于usb口攝像頭，驅(qū)動程序提供了基本的i/o操作（包括：open, read, write, close）、中斷的處理、內(nèi)存映射功能以及對i/o通道的控制（通過接口函數(shù)ioctl實現(xiàn)）等，并把它們定義在struct file operations中。這樣當應用程序?qū)υO備文件進行諸如open, close, read, write等系統(tǒng)調(diào)用操作時，linux內(nèi)核將通過file operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序提供的函數(shù)。在系統(tǒng)平臺上對usb口數(shù)碼攝像頭驅(qū)動，首先把usb控制器驅(qū)動模塊靜態(tài)編譯進內(nèi)核，使平臺中支持usb接口，再在需要使用攝像頭采集時，使用insmode動態(tài)加載其驅(qū)動模塊，這樣攝像頭就可正常工作了。linux下與video4linux相關(guān)設備及用途如表附所示。
附表 video4linux相關(guān)設備及用途
4 電表讀數(shù)的識別
本系統(tǒng)中，從前端機抄回的是電表讀數(shù)的圖片，并不是電表的真實讀數(shù)，為此，需要一種圖像識別算法，能夠根據(jù)圖片識別出電表的讀數(shù)。
電表讀數(shù)識別的基本原理是將輸入文字與各個標準文字進行模式匹配，計算類似度（或距離），將具有最大類似度（或最小距離）的標準文字作為識別結(jié)果。模式匹配是將兩個模式的所有對應元素進行比較的操作，相同的模式會得到完全一致的比較結(jié)果，不同的模式將得不到完全一致的比較結(jié)果，這個基本原理對文字中的變形是很苛刻的，圖5所示為包含預處理和特征抽取的文字識別流程。
圖5 文字識別的基本流程
5 結(jié)束語
本文提出的基于web的嵌入式抄表系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的抄表技術(shù)相比有以下特點：采用圖像抄表，數(shù)據(jù)準確，不會出現(xiàn)用戶端和管理中心數(shù)據(jù)不一致的問題；本系統(tǒng)安裝簡單，后期成本低。由于本文設計的amr系統(tǒng)采用攝像頭采集數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)成的互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，安裝工作就是把攝像頭對準電表，然后聯(lián)到前端機上，前端機插上網(wǎng)線和電源。管理中心通過普通的ie瀏覽器即可完成抄表的工作。以后的使用不必交納任何費用。本系統(tǒng)后期維護成本較低，由于互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定性很強，前端機和攝像頭平時是很少工作，因此，本文提出的抄表系統(tǒng)幾乎不會出現(xiàn)任何故障。