量表读取装置及系统的制作方法

专利名称：量表读取装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及量表监视，且更明确地说，涉及一种将量表图像转换为 可传输信号的量表读取系统。
背景技术：
量表广泛用于多种工业和应用中。量表通常可包含测量区段和显示区段。 测量区段可测量某一条件(例如，压力、温度、速率、位置、时间、浓度、密 度、力、强度、物理尺寸、速度、加速度，或其它量(仅举几例))。显示区段 可显示所测量值。
许多量表(通常是模拟量表)包含既定供人眼观看的显示器。仅作为几个 实例，量表可用根据所测量值变化的偏转针(或箭头)、可变条尺寸或其它几 何形状来表示测量值。
现代监视器和控制系统通常设计成带有集中式监视系统。然而，因为一些 量表是针对视觉检查而设计，所以其通常不输出电性信号且因此无法与中央控 制系统轻易地集成。
将量表集成到系统中的第一种常规方法可涉及用传输单元整个地替换量
表。此装置的实例可在以下地址查阅因特网 http :〃www. grainger. com/Grainger/wwg/ itemDetailsRender.shtml ItemID= 161162513 5 。
此方法的缺点可能是，整个量表的替换可能具有侵入性。当在活动进程中 利用量表的情况下，在用传输单元替换量表时所述进程可能必须完全停止。此 外， 一旦安装了传输单元，此单元可能必须进行泄漏测试且还经测试以确保其 传输正确的信号。另外，类似于上文所述的常规传输单元可能需要从传输器到 中心位置的布线。这可能需要额外劳动，且前提是现场有适宜的布线路径可用。
另 一 种常规方法可在以下地址查阅因特网http:〃www.eissq.eom/DialADC.html#Matlabcode 。此方法包含用网络摄影机 (webcam)从刻度盘指示器取得数字图像，并对所述数据图像应用一演算法。 此方法的缺点可能是，其依赖于最佳光照条件且可能需要相当多的处理能力来 执行所述演算法。


图1是本发明的第一实施例的方框示意图。 图2是本发明的第二实施例的方框示意图。 图3是本发明的第三实施例的方框示意图。 图4是本发明的第四实施例的方框示意图。 图5是本发明的第五实施例的方框示意图。
图6A是本发明的第六实施例的剖视图。图6B是本发明的第六实施例的 外部3见图。
图7是展示本发明的第七实施例的图。 图8是展示本发明的第八实施例的图。
图9A是展示本发明的第九实施例的图。图9B展示图9A的实施例中可 使用的无线到模拟转换器的一个实例。
图IO是展示本发明的第十实施例的图。
图ll是展示根据另一实施例的方法的流程图。
图12A是展示根据又一实施例的方法的流程图。图12B到图12E^示 图12A的方法针对一种类型的量表的一个实例的图。
图13A到图13D是展示图11的方法针对另一类型的量表的一个实例的图。
图14是展示根据另一实施例的方法的流程图。
图15是本发明的另一实施例的外部视图。
图16是展示根据一实施例的另一方法的流程图。
图17A到图17C是展示图16的方法针对一种类型的量表的图。
图18A到图18C是展示图16的方法针对另一类型的量表的图。
图19是展示根据另 一实施例的量表读取器的操作的状态图。
具体实施例方式
现将参看若干图式详细描述本发明的各种实施例。实施例展示一种量表读 取器，包含可容易适用于现有量表而不必替换所述量表的一种装置、方法和系 统。
图1中的方框示意图中展示根据第一实施例的量表读取器，其由总参考标
号100表示。量表读取器IOO可包含物理附接结构102、图像传感器104、图 像处理区段106、量表参数存储装置108和传输区段110。物理附接结构102 可使图像传感器104 (且任选地使量表读取器的其它组件)能够物理附接到量 表112。应注意且将在以下其它实施例中详述，此物理附接不必提供从量表112 到图像传感器104的直接图像路径。可经由间接路径，例如通过折射或反射来 引导图像。较佳地，物理附接结构102允许在图像传感器104处反射量表的图 像。
图像传感器104可接收一个或一个以上量表112的图像并将此图像转换为 数据值。较佳地，图像传感器104可将图像转换为数字数据。更佳地，图像传 感器104可将图像转换为多位像素值的阵列。图像传感器104可采取各种形式， 包含(但不限于)电荷耦合装置(CCD)型传感器，或互补金属-氧化物-半导 体(CMOS)型传感器。此外，此传感器可用单色格式或彩色格式提供像素值。
量表参数存储装置108可存储对应于由量表读取器IOO读取的量表的参数 数据。明确地说，量表参数存储装置108可存储数据值，其使图像处理区段 106能够从所接收的量表图像数据产生最终量表读数值。下文将描述此类数据 和功能的更详细实例。
图像处理区段106可从图像传感器106接收图像数据，并对此数据执行一 个或一个以上预定图像处理操作。较佳地，图像处理器区段106仅包含一个集 成电路装置。图像处理区段106可分析所接收图像数据的选定部分，确定哪些 数据值表示有效量表读取数据，并将此数据转换为中间量表读数。利用量表参 数存储装置108内的值和中间量表读数，图像处理区段106可产生输出到传输 区段110的最终量表读数值。
传输区段IIO可将最终量表读数值传输到远程位置，并借此实现量表值的 远程监-见。以此方式，量表读取器IOO可用附接到量表的图像传感器读取量表图像，
从此图像产生量表读数，并将量表读数传输到远程位置。
现参看图2，在方框示意图中展示根据第二实施例的量表读取器，其由总 参考标号200表示。量表读取器200可包含与图1的实施例相同的一些一般区 段，相应地，相同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"2"而不是"1"。
量表读取器200可包含外壳结构202'，其可包含用于将量表读取器200附 接到量表212的物理附接结构。也就是说，量表读取器200可以是物理附接到 量表且可将量表读数传输到远程位置的单个单元。此布置有利地具有非侵入 性，因为不需要对现有量表进行替换过程。外壳结构202'可完全覆盖量表，从 而使量表与外部照明条件隔离。
图2的特定布置还包含图像反射器214和照明源216。图像反射器214可 将量表212的图像反射到图像传感器204。此布置可形成紧凑的物理结构以使 量表读取器200能够以占据极少量面积的非侵入性方式安装到量表。照明源 216可对量表212进行照明以能够取得量表212的图像。以此方式，图像的取 得不依赖于外部照明条件。照明源216可由控制集成电路(IC) 218控制。以 此方式，照明源216可在需要图像时选择性地开启，否则保持关闭。较佳地， 照明源可以是发光二极管(LED)。然而，照明源无需限于电磁谱的可见部分， 且依据所使用的图像传感器和被读取的量表的应用而可包含红外线或紫外线 波长。
仍参看图2,量表读取器200可包含附接到组合件结构228的若干电子组 件。明确地说，控制IC 218、电池贮槽220、 DC到DC转换器222和传输电 路210可附接到组合件结构228。在一个特定布置中，组合件结构可以是电路 板。然而，在替代实施例中，组合件结构可包含额外或替代结构，例如多芯片 模块(仅作为一个实例)。
控制IC218可包含图像处理区段206和"板上"存储电路208-0。图像处 理区段206可包含一处理器，其经配置以执行若干预定步骤，包含采集图像数 据、处理图像数据的选定部分以区分相关数据点与非相关数据点，从相关数据 点产生中间量表读数，以及接着从中间量表读数和量表参数数据产生量表读数 值。板上存储电路208-0可存储用于执行图像处理和其它操作的指令。另外，板上存储电路208-0可存储量表参数数据，且因此形成量表参数存储装置的全 部或一部分。板上存储电路208-0较佳包含非易失性存储电路，例如可编程只 读存储器(PROM)、电PROM ( EPROM )、电可擦除PROM ( EEPROM,包 含"快闪"EEPROM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、铁电RAM (FRAM)， 或相变RAM。此类非易失性存储电路可与易失性存储电路(例如，动态RAM 或静态RAM)组合使用。较佳地，控制IC 218可以是由美国加州圣何塞(San Jose, California, USA)的赛普拉斯半导体公司(Cypress Semiconductor Corporation)制造的PSoC7M混合信号阵列。
控制IC 218可包含额外功能。控制IC 218可控制量表读取器200的全部 或任一其它电路的激活。举例来说，可仅在给定功能需要时激活电路，且接着 返回到停用状态。停用状态可以是(例如)备用状态或关闭状态。更加明确地 说，控制IC 218可周期性地激活电路以产生并传输量表读数，且接着停用此 类电路。除此之外或作为替代，控制IC 218可在受到用户输入请求时激活此 类电路，且接着使此类电路返回到停用状态。此方法可有利地节省电力消耗， 其在电池供电环境中可能尤其有利。
此外，控制IC 218可除产生量表值外还执行量表读数评估操作。举例来 说，控制IC 218可包含处理器可执行的指令，其可确定一个或一个以上量表 读数是否超出范围，或量表读数是否展现出某一其它预定行为。在此情况下， 控制IC 218可代替所产生的量表读数发送或除所述量表读数外还发送此"评 估数据"，以供传输电路210传输。
在控制IC 218需要超出可用存储器的额外存储器的情况下，量表读取器 200可进一步包含可由控制IC 218存取的 一个或一个以上补充存储电^各208-1 。 较佳地，补充存储电路208-1可以是附接到组合件结构228的单个非易失性存 储器IC，更佳地是EEPROMIC。
传输区段210可从控制IC 218接收量表读数值并在通信路径230上将此 值输出到远离量表212和附接的量表读取器200的位置。在所展示的特定实例 中，传输区段210可以是根据常规无线USB协议发送无线信号的无线通用串 行总线(USB)IC。此布置可消除在量表与监视系统所驻存的远程位置之间物 理布线监视/通信路径的需要。然而，如下文所展示，其它实施例可提供适于。仍参看图2，量表读取器200较佳用电池供电，且因此可包含电池贮槽220 和DC到DC转换器222。电池贮槽220可以是用于容纳适于将电力提供到量 表读取器200的电池的贮仓。DC到DC转换器222可确保将适当的电压电平 提供到量表读取器200的各种电路。在较佳实施例中，量表读取器200可经配 置以收纳可再充电电池，且可进一步包含用于对此类可再充电电池进行充电的 DC适配器232。 DC适配器232可以是适于局部电源的DC适配器，所述局部 电源依据条件可以是AC电源或DC电源。当然，可利用DC适配器232经由 AC或DC电源直接对量表读取器供电。在此类布置中，可不包含电池贮仓。虽然量表读取器200可传输量表读数值，但还可能需要在量表读取器200 的外表面上提供额外指示以允许对量表值进行局部检查。在图2的特定实例 中，量表读取器200可包含值显示器224且任选地包含状态显示器226。值显 示器224可显示由量表读取器200产生的量表读数。较佳地，所显示的值可以 是由量表读取器200产生的最新量表读数。值显示器224可较佳地为字母数字 式液晶显示器(LCD)，但可釆取替代形式，例如LED字母数字式显示器(仅 作为一个实例)。可提供状态显示器226以指示量表读取器200的状态。较佳 地，状态显示器226可指示低电量条件。然而，值显示器224和/或状态显示 器226可指示许多其它可能的条件，包含(但不限于)量表读取器的正常操 作、量表读取器的异常操作、超出限度的量表读数、在限度内的量表读数、与 量表不对准的量表读取器、或维护/检查到期等。任选地，量表读取器200可包含用户输入234。用户输入234可用于将数 据值输入到量表读取器200。此类数据值可以是存储在量表读取器200内的值 或起动量表的预定功能的用户输入。在图2的实例中，用户输入234可以是针 对电容传感器型装置(比如键盘/触摸垫，仅作为一个实例)的电容感测输入。 当然，用户输入234可采取各种其它形式，包含电子形式，比如网络接口 ( NIC )、 串行输入或/输出连接(包含其有线和无线形式两者)。用户输入234可固定到 外壳结构202',或可经由布线插入到量表读取器中。应注意，虽然图2的实施例包含针对控制IC 218和传输电路210两者的 不同IC,但此类电路可集成到一个IC中。以此方式，量表读取器200可以是可附接到现有量表而不需要任何布线的 紧凑结构。这可提供用于自动化系统中的量表的非常简单且快速的转换。图2的实施例可因组件数目非常有限而提供非常紧凑的系统。然而，可能 需要并入额外组件以更快执行某些任务。 一个此类布置展示于图3中。现参看图3，在方框示意图中展示根据第三实施例的量表读取器，其由总 参考标号300表示。量表读取器300包含与图2的实施例相同的一些一般区段， 相应地，相同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"3"而不是"2"。量表读取器300与图2的量表读取器的不同之处在于其可包含用于执行图 像处理功能的单独IC。明确地说，量表读取器300可包含用于执行图像处理 功能的图像处理IC306'，因此此类功能不由控制IC318实行。更加明确地说， 图像处理IC 306'可分析所接收图像数据的选定部分，确定哪些数据值表示有 效量表读取数据，且将此数据转换为中间读数值。控制IC 318可包含处理电 路307,其用于基于中间读数值和量表参数数据产生最终量表读数值。在较佳 实施例中，图像处理IC 306'可连同其它电路组件一起附接到组合件结构328。 图像处理IC 306'可以是具有用于执行图像处理操作的指令的处理器电路、经 设计以执行图像处理操作的专用集成电路(ASIC),或经编程以执行所需图像 处理操作的可编程逻辑装置(PLD)(仅举几例)。控制IC318可控制图像处理IC306'的激活。明确地说，控制IC318可激 活图像处理IC 306'以采集图像，且接着当图像数据已被处理时停用所述装置。 停用可包含将装置置于备用状态或完全关闭装置。以此方式，量表读取器300可以是紧凑且容易实施的装置，但还可具有非 常快速的图像处理能力。现参看图4，在方框示意图中展示根据第四实施例的量表读取器，其由总 参考标号400表示。量表读取器400包含与图2的实施例相同的一些一般区段， 相应地，相同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"4"而不是"2"。量表读取器400与图2的量表读取器的不同之处在于其可提供模拟输出信 号。更明确地说，量表读取器400可包含数字到模拟转换器(DAC) 436，其 可将由图像处理区段406产生的数字量表读数转换为模拟信号以输出到远程 位置。较佳地，DAC 436可由控制IC 418的一部分形成。任选地，量表读取器400可包含用于将来自控制IC 418的模拟输出信号放大为所传输信号的放 大器电路438。此模拟输出信号可以是适于与基于模拟输入信号的控制系统一 起使用的工业标准信号。以此方式，量表读取器400可以是与针对模拟输入信号设计的控制系统兼 容的紧凑且容易实施的装置。现参看图5，在方框示意图中展示根据第五实施例的量表读取器，其由总 参考标号500表示。量表读取器500包含与图2的实施例相同的一些一般区段， 相应地，相同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"5"而不是"2"。量表读取器500与图2的量表读取器的不同之处在于其可包含网络接口 540。网络接口 540可经由网络连接542以包格式传输和接收数据。网络连接 542可为有线或无线连接。网络连接可连接到(例如)局域网(LAN)、广域 网(WAN)或因特网。以此方式，量表读取器500可以是适于经由网络进行监视的紧凑且容易实 施的装置。已描述各种实施例及其相关联电路和互连，现将描述包含组件的特定物理 位置的另一实施例。现参看图6A和图6B,在剖视图和外部视图中展示根据第六实施例的量 表读取器，其由总参考标号600表示。量表读取器600可展示图l-5的一个非 常具体的物理实施方案，相应地，相同区段由相同参考标号表示，但第一个数 字是"6"而不是"1"、 "2"、 "3"、 "4"或"5"。现参看图6A和图6B,在剖视图中展示量表读取器600以说明组件的位 置。量表读取器600经设计以适应具有圓面的圓柱形量表612'。外壳结构可包 含环形壳部件602'-0、环形垫圈部件602'-1和可完全或部分透明的面部件 602'-2。壳部件602'-0可为量表读取器的各种零件提供物理附接点。在所展示 的实例中，容纳在壳部件602'-0内的可以是图像传感器604、图像反射器614 和组合件结构628。图6还展示连接到组合件结构628的电池贮槽620、照明 源616、值显示器624和状态显示器626。在替代布置中，此类组件可连接到 壳部件且用导线连接到组合件结构。应了解，组合件结构可包含各种彼此电互 连的电路组件。较佳地，壳部件602'-0防止从量表读取器600外部发出的任何光进入壳部件602'-0内部。垫圈部件602'-1可允许量表牢固地附接到量表读取器600,其中量表面 (即，量表的待读取部分)相对于壳部件602'-0以所需定向定位。垫圈部件602'-l 可为刚性或柔性材料。较佳地，垫圈部件602'-l可防止从量表读取器600外部 发出的任何光进入壳部件602'-0内部。面部件602'-2可为透明的以允许看见值显示器624和状态显示器626。较 佳地，面部件602'-2防止从量表读取器600外部发出的任何光进入壳部件 602'-0内部。在替代布置中，值显示器624和/或状态显示器626可从面部件 602'-2向外延伸或穿透面部件602'-2,在此情况下，面部件602'-2可完全不透 明。在量表读取器600对实线提供模拟输出信号的情况下，量表读取器600 可包含用于连接到导线646的导线连接器644。此导线连接器644可为单个或 多个导线连接提供连接。举例来说，在利用模拟信号的现有系统的情况下，此 连接可以是一根或两根导线。然而，对于网络型连接，此连接器644可适应标 准网络布线，包含且不限于双绞线布线。应注意，虽然量表读取器可用机械"密合"连接附接到量表，但此不应解 释为限制本发明。在替代实施例中，可形成较强的机械连接，例如机械扣子、 压缩环、螺栓或螺钉(仅举几例)。此外，垫圏部件602'-1可牢固地附接到量 表612'，而量表读取器600的剩余部分可从垫圈部件602'-1移除。举例来说， 垫圈部件602'-l可根据以上实例或例如粘合剂(例如，环氧树脂、专用胶)或 焊接等较永久方法附接到量表，而量表读取器600的剩余部分可从垫圈部件 602'-1移除。垫圈部件602'-1可包含螺紋，且量表读取器600的剩余部分可旋 拧到垫圏部件中，量表读取器600的剩余部分可摁扣到垫圈部件602-1中，或 量表读取器600的剩余部分可经由螺栓或螺钉附接到垫圈部件602-1,或量表 读取器600的剩余部分可经由磁体附接到垫圈部件602-1。当然，这些仅是许 多可能的实例中的几个实例。虽然以上实施例已示范说明了特定量表读取器的实例，但替代实施例可包 含采用此类量表读取器的系统。现将描述此类系统的几个实例。现参看图7,在方框图中展示根据第七实施例的系统，其由总参考标号70016表示。系统700可包含一个或一个以上量表读取器702-0到702-2和一监3见装 置704。在图7的实例中，量表读取器(702-0到702-2)每一者可包含物理附 接到一个或一个以上量表的图像传感器，且可包含将数据传输到监视装置704 的无线传输器。在图7的布置中，每一量表读取器702-0到702-2可分别经由单独的无线 信道706-0到706-2传输数据。如以上实施例中所述，此数据可包含量表读数 和/或评估数据。在一个非常具体的实例中，可经由无线USB协议传输数据。监视装置704可包含能够经由无线链路接收数据的无线接收器708。在系 统700包含一个以上量表读取器的情况下，监视系统700可包含能够区分多个 信道的无线接收器708。应了解，监视装置704可仅是较大进程控制系统的一 个部分。此外，在其它实施例中，系统可包含多个监视装置，其每一者监视一 个量表读取器或选定的一组量表读取器的数据。以此方式，系统可包含以无线方式将量表读数或其它数据传输到监视装置 的一个或一个以上量表读取器。如上所述，某些类型的控制系统经配置以接收i^莫拟输入值。现将参看图8、 图9A和图9B描述适应此类布置的系统。现参看图8，在方框图中展示根据第八实施例的系统，其由总参考标号800 表示。系统800可包含与图7的实施例相同的一些一般区段，相应地，相同区 段由相同参考标号表示，但第一个数字是"8"而不是"7"。系统800与图7的系统的不同之处在于每一量表读取器802-0到802-1可 包含有线传输器电路。因此，来自量表读取器802-0到802-1的数据可分别经 由有线信道810'-0到810'-2传输。另夕卜，可经由模拟监视系统812的模拟输入 接收量表读数。现参看图9A,在方框图中展示根据第九实施例的系统，其由总参考标号 900表示。系统900可包含与图7的实施例相同的一些一般区段，相应地，相 同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"9"而不是"7"。系统900与图7的系统的不同之处在于其可包含模拟监视系统912以及无 线到模拟转换器914。无线到模拟转换器914可将经由无线信道接收的数据值 转换为适于模拟监视系统912的模拟信号。拟转换器的一个实例，其由 总参考标号950表示。无线到模拟转换器950可包含无线接收器952、信道辨 別器954和若干DAC 956-0到956-N。无线接收器952可接收无线数据值并将 其转换为数字值。信道辨别器954可将对应于每一所接收无线信道的数字值输 出到单独的DAC ( 956-0到956-N )。每一 DAC ( 956-0到956-N)可根据所接 收数字值产生模拟信号。以此方式，系统可包含适于在基于模拟信号的控制系统中使用的一个或一 个以上量表读取器。现参看图10,在方框图中展示根据又一实施例的系统，其由总参考标号 1000表示。系统IOOO可包含与图7的实施例相同的一些一般区段，相应地， 相同区段由相同参考标号表示，但第一个数字是"10"而不是"7"。在图10的布置中，量表读取器1002-0'到1002-2'可经由连接1006将数据 传输到监视装置1016。连接1006可以是无线连接，在此情况下量表读取器 (1002-0'到1002-2，)可包含无线传输器，或可以是无线连接，在此情况下量表 读取器(1002-0'到1002-2，)可包含有线传输器，或其某一组合。监视装置1016可以是网络服务器，其可接收并存储从量表读取器接收的 数据。监视装置1016可连接到网络1018，且因此实现经由数据包通信协议经 由一个或一个以上客户端装置(1020-0、 1020-1、 1020-2)存取此量表读取器 数据。网络1018可包含LAN、 WAN或因特网(仅举几例)。以此方式，系统可包含适于在联网系统中使用的一个或一个以上量表读取器。虽然实施例可包含量表读取器和量表读取器系统，但替代实施例可包含读 取量表的方法。现将描述此类方法的实例。图11中的流程图中展示根据一个实施例的方法，其由总参考标号1100表 示。方法1100可包含从附接到量表的图像传感器采集量表图像数据(步骤 1102)。在一个特定布置中，此步骤可包含用数字图像传感器取得量表的图像, 所述数字图像传感器针对图像的每一像素提供多位值。此外，此步骤可包含以 下中的任一者在图像取得之前对量表进行照明，将量表图像反射到图像传感器，在图像传感器处折射量表图像，或在图像传感器处聚焦量表图像(仅举几例)。
方法1100还可包含处理所采集量表图像数据的选定部分以识别相关图像 数据点(步骤1104)。此步骤可包含区分表示量表图像的测量部分与图像的其 它部分的像素。明确地说，此步骤可包含相对于图像扫描一个或一个以上选定 图案。这与处理图像的所有部分形成对比。步骤1104还可包含将像素值彼此 区分。仅作为几个实例，可通过对比度(相对亮度或相对暗度)、颜色或分组 (与邻近像素相同或类似的对比度/颜色)来区分像素。
接着可将相关图像数据点转换为中间量表读数(步骤1106)。步骤1106 可包含基于相关图像数据点产生数值。此步骤可很大程度上取决于量表配置。 仅作为许多可能实例中的几个实例，此数值可以是以下中的任一者线的斜率、 总体图像中的位置、面积、线性尺寸(线长度、弧尺寸、圆周尺寸、几何形状 周长)、角测量(度数、弧度)、三角函数(正弦、余弦等)。此类值也可为通 过针对连续图像产生的值确定的以上此类测量值的任一者的变化速率。
方法1100可进一步包含从中间量表读数和所存储量表参数产生最终量表 读数(步骤1108)。此步骤可包含存取所存储量表参数，并基于所存取数据和 中间量表读数计算最终量表读数。除此之外或作为替代，此步骤可包含使用中 间量表数据作为输入值以查找表格式存取量表参数数据。
接着可传输最终量表读数值(步骤1110)。此步骤可包含根据上述各种技 术(包含无线信号或有线路径)以数字形式发送量表读数，或作为离散值转换 为模拟形式，或内嵌在数据包内(仅举几例)。
以此方式，方法可从附接到量表的图像传感器产生量表读数并传输此值。
现将参看图12A到图12E描述根据另一实施例的更详细方法。图12A是 由总参考标号1200表示的方法的流程图。图12B到图12E是说明图12A所示 的各种步骤的图。
现参看图12A,方法1200可包含图11所示的步骤的特定实施方案，因此 相同步骤由相同参考标号表示，但第一个数字是"12"而不是"11"。
方法1200可包含开始量表读取操作(步骤1201)。此步骤可包含响应于 例如由控制电路产生的中断，或者经由附接到量表读取器的物理输入装置或经 由远程请求接收用户输入而开始所述过程。在图12A的实例中，步骤1202可包含以下子步骤开启图傳 (专感器、开 启用于对量表进行照明的照明源(在此情况下为LED)、采集量表图像，和接 着关闭照明源。图像采集时间的持续时间可以是由量表读取器存储的量表参数 值。
图12B中展示此非常具体的实例的所取得图像。图12B展示用于测量温 度的径向偏转量表的图像。所述图像包含针1220,其基于两个不同刻度1222-0 和1222-1指示所测量的温度。此图像可呈像素形式。此外，此图像可依据所 使用的图像传感器的分辨率由于像素化而在很大程度上更粗糙。
在图12A的实例中，步骤1204可包含特定针对被测量量表的子步骤。因 此，步骤1204包含扫描以寻找"n"个同心圓。此扫描操作的坐标可以是由量 表读取器存储的量表参数值。
图12C展示针对图12B的量表所扫描同心圓的一个实例。图12C展示四 个同心圓1224-0到1224-3的扫描区域。当然，根据所需准确性和/或速度，可 扫描更大或更小数目的圆。然而，同心圆表示整个图像的子集且因此导致比处 理图像的所有像素的常规方法处理更少像素。
返回参看图12A，针对所展示的实例，步骤1204可针对每一所扫描同心 圓包含沿半径360度地检查像素值。对于此类像素，可计算像素区块的平均像 素强度。在所说明的特定实例中，量表针比背景暗，因此可存储沿所扫描半径 最暗的像素的位置。相对强度值/限度可以是由量表读取器存储的量表参数值。
图12D展示一个实例，其展示对应于图12C的所扫描圓的所存储的最暗 像素的位置。
返回参看图12A，在所说明的特定实例中，步骤1206可包含针对所找到 的最暗像素区块计算最佳拟合线的子步骤。此步骤可包含线性回归计算(仅作 为一个实例)。接着可将所计算的斜率转换为针角。此步骤可包含常身见技术， 例如三角计算(例如，反正切)。另外，因为所说明实例的针可大于180。而偏 转，所以可确定针方向(例如，向上或向下)。在所展示的特定实例中，这可 包含测量线的哪端相对于针枢轴点较长。
图12E展示上文针对图12D中展示的像素组所描述的计算的一个表示。 如图所示，可通过线的水平(X)和垂直(Y)延伸来计算斜率。可通过确定
20哪一长度(11或12)较长来计算方向。
再次返回参看图12A,步骤1208可包含将针角转换为使用所存储的量表 参数的单位。此步骤可包含将所得值除以/乘以表示偏转度数与值(温度)之 间的转换的常数。此转换常数值可以是由量表读取器存储的量表参数值。
返回参看图12C,展示所测量角度1226。
再次参看图12A，所展示的特定方法可包含额外步骤，包含检查电池电压 (步骤1209)。此步骤可包含通过模拟到数字转换确定电池电压，以及确定其 是否低于预定限度。
步骤1210可包含在量表读取器的LCD上显示量表读数和电池电压。此夕卜， 此类值可经由无线连接传输。
方法1200可返回到休眠模式(步骤1212)。休眠模式可以是其中非关键 电路组件被关闭或置于低电力消耗状态的模式。
以此方式，方法可产生针对径向量表的量表读数。
当然，图12A到图12E的实施例仅表示一种非常特定类型的量表。本发 明不应解释为限于任何特定量表配置。为了对此进行说明，图13A到图13D 展示从多条型量表采集量表读数。
图13A展示量表的图像。图13B展示量表的扫描区域，其包含三条线 1324-0到1324-2。图13C展示通过取最高对比度像素产生的像素数据。图13D 展示可如何通过单一测量(长度)产生量表读数值。此测量可乘以转换值以产 生最终量表值。最终量表值可沿着单独信道(有线或无线)传输，或沿着相同 信道多路复用。此多路复用可基于时间，或包含量表读取器识别符以将不同量 表读取器彼此区分。
以此方式，方法可针对相同量表产生多个量表读数。
虽然根据各种实施例的量表读取器可传输量表读数以供监视系统评估(如
上所述)，但量表读数评估可由量表读取器装置本身执行。现将描述此方法的 实例。
现参看图14,在方框示意图中展示根据另一实施例的方法，其由总参考 标号1400表示。方法1400可包含开始限度检查操作(步骤1402)。此步骤可 响应于自动化中断信号或用户输入(仅作为两个实例)。方法1400可接着包含从图像数据产生量表读数(步骤1404)。此步骤可包含任一上述量表读数产生 方法。仅作为特定实例，步骤1404可包含图11的步骤1102到1108，或图12A 的步骤1202到1208。
接着可检查量表读数以确定其是否超出预定限度(步骤1406)。 如果所产生的量表读数超出范围(来自方框1406的"是，，)，那么量表读 取器可指示超出限度条件(步骤1408)。此指示可为视觉指示或音频指示(仅 作为两个实例)。方法1400可接着传输警报指示(步骤1410)。此传输可经由 与量表读数相同的信道或经由不同信道进行。
如果所产生的量表读数在范围内(来自方框1406的"否")，那么量表读 取器可根据任一上述技术传输量表读数(步骤1412 )。
图15展示量表读取器1500的一个实例，其展示可指示超出限度条件所借 助的各种方法。量表读取器1500可在值显示器1524上展示预定图案。作为替 代或除此之外，状态显示器1526可发出预定图像(例如，显示器开启、显示 器闪烁、显示器特定颜色)。作为替代或除此之外，量表读取器1500可包含扬 声器1550。此扬声器1550可经驱动以发出特定声音。在一种方法中，量表读 取器1500内的控制电路可用预定模式驱动音频放大器。音频放大器可驱动扬 声器1550以产生所需声音。
以这些方式，量表读取器可在读数从预定条件变化时提供警报指示。 上文展示的各种量表读取器可经设计以当相对于被测量量表置于特定定 向时操作。然而，为了增加使用容易度，量表读取器可包含校准功能。此功能 可使量表读取器能够以很少调节安装到量表且/或允许量表读取器在量表读取 器从相对于对应量表的安装定向移动的情况下进行重新调节。现将描述校准方 法的特定实例。
现参看图16，在流程图中展示根据一实施例的校准方法，其由总参考标 号1600表示。方法可包含读取量表以获得实际量表读数(步骤1602)。此步 骤可包含视觉上检查量表以确定其实际量表读数。
量表读取器组合件接着可附接到量表(步骤1604 )。
接着可开始校准操作(步骤1606 )。此步骤可响应于用户输入或当量表读 取器第一次开启时进行(仅作为两个实例)。
22方法1600可接着从图像数据产生中间量表读数(步骤1608)。在特定布 置中，此步骤可包含图11的步骤1102到1106或图12的步骤1202到1206中 的任一者。方法1600还可包含从中间量表读数和所存储量表参数产生最终量 表读数(步骤1610)。在特定布置中，此步骤可包含图11的步骤1108或图12 的步骤1208。
方法1600还可包含检查以查明最终量表读数是否与实际量表读数匹配 (步骤1612)。此步骤可包含确定两个量表读数是否在彼此的可接受范围内。 任选地，此步骤可进一步包含确定此类读数彼此有多少不同(太低或太高)。 如果存在适宜的匹配(来自方框1612的"是")，那么校准方法可完成。如果 不存在适宜的匹配(来自方框1612的"否")，那么校准方法可执行调节以使 最终量表读数较接近实际量表读数(步骤1614)。在图16的特定布置中，此 步骤可包含调节量表参数或调节量表读数产生方法。方法1600可接着以经调 节量表参数和/或经调节产生方法重复步骤1610。
以此方式，校准方法可调节如何产生量表读数时所利用的值直到量表读取 器产生的量表读数基本上与实际量表读数匹配为止。
现参看图17A到图17C,在一系列图中展示类似于图12B的量表的校准 方法的第一非常具体的实例。在图17A到图17C中，可根据以下关系产生量 表值
量表—读数=(角度+偏移—校准)*K。
值"量表一读数"可以是通过所述方法产生的量表读数。值"角度"可以 是从拟合线斜率产生的值(例如，斜率的反正切)。值"偏移一校准，，可以是可 在校准步骤期间变化的值。值"K"可以是转换常数。
图17A展示所产生的量表读数1702-0(52。F)与实际量表读数1704(60°F) 之间的初始差异。举例来说，量表读取器可相对于理想位置旋转。因为所产生 的读数小于实际读数，所以值偏移一校准可增加预定量。接着可重新计算量表 读数。
图17B展示所产生的量表读数1702-l(56。F)与实际量表读数H04(60。F) 之间的后续差异。同样，因为所产生的读数小于实际读数，所以值偏移jt准 可再次增加且重新计算量表读数。图17C展示后续产生的量表读数1702-2 (60°F)现与实际量表读数1704 (60。F)匹配。因此，-欧准操:作可完成。
现参看图18A到图18C,其是类似于图13A所示的量表的校准方法的第 二非常具体的实例。在图18A到图18C中，可才艮据以下关系产生量表值
量表_读数=长度化。
值"量表_读数"可以是通过所述方法产生的量表读数。值"长度"可以 是从拟合线产生的值。值"K，，可以是转换常数。
图18A展示所产生的量表读数1802-0 (7)与实际量表读数1804 (9)之 间的初始差异。举例来说，量表读取器可比理想位置更远离量表，或光学元件 可收缩所取得的量表图像。因为所产生的读数小于实际读数，所以值K可减 小预定量。接着可重新计算量表读数。
图18B展示所产生的量表读数1802-1 ( 8)与实际量表读数1804 (7)之 间的后续差异。同样，因为所产生的读数小于实际读数，所以值K可再次减 小且重新计算量表读数。
图18C展示后续产生的量表读数1802-2(7F)现与实际量表读数1804(7) 匹配。因此，校准4喿作可完成。
应注意，任一校准过程可为根据实际读数与所产生的读数的差异来校准量 表读取器的单步骤过程。然而，此方法可要求将实际量表读数输入到量表读取 器中。这与大体由图17A到图18C展示的方法形成对比，图17A到图18C展 示的方法无需将实际量表读数输入到量表读取器中便可提供自动校准。也就是 说，用户可按压一按钮或按钮序列且量表读数将增加或减小直到其达到目标实 际值为止。此方法可有利地容易执行。
以此方式，量表读取器可容易经校准以与实际量表读数匹配。
已描述各种校准方法，现将参看图19描述操作量表读取器以执行校准和 其它功能的特定方法。
图19中展示根据一个实施例表示量表读取器的操作的状态图，其由总参 考标号1900表示。操作可包含等待输入(状态1902)。在一个特定实例中， 此可包含等待用户产生特定电容感测输入值。 一种特定类型的输入(校准)可 指示校准功能，从而导致检索参数数据(状态1904)。此功能可包含从参数存储装置检索参数数据。量表读取器可接着产生量表读数(状态1906)。此可包 含根据任一上述实施例产生量表读数。操作1900可接着显示所产生的量表值 (状态1908)。这可使用户能够观察当前量表读数。
操作1900可接着返回以等待输入的变化(状态1910)。如果输入指示接 受当前量表读数(接受)，那么可存储量表参数(状态1912)。此类量表参数 可用于将来量表读数操作。如果不接受量表读数(继续)，那么可产生新的参 数(状态1914),且操作可返回到状态1906。在一个非常具体的实例中，继续 动作可以是继续压住按钮，而接受动作可以是停止压住按確丑。
操作1900可包含其它功能，在图19的实例中，来自状态l卯2的动作(发 送)可开始量表读取器发送操作。此功能可包含状态1916和1918,其可分别 与1906和1908相同。此外，从状态1918,操作可传输量表读数(状态1920)。 此状态可包含任一上述量表读取器数据传输方法。
仍参看图19，动作(设定)可开始配置或数据设定功能。此功能可包含 输入状态(1922)。特定动作(开始)可选择特定所存储数据值。此所存储数 据值可包含(仅作为几个实例)量表参数数据、时间、日期或输出类型(例如， 有线、无线、电压/安培数范围)。可接着显示选定数据值(状态1924)。功 能可接着行进到另一输入状态(1926)。动作(数据)可包含用户输入数据值 以覆写现有数据值。可接着显示此新输入的值(状态1928),且可输入另一输 入状态(1930)。如果接受新输入的值(接受)，那么可存储此数据值(状态 1932)。输入状态1922、 1926和1930还可通过返回到先前输入状态而对动作 作出回应(退出/超时)。
化形式且以不同于本文描绘和/或描述的次序的次序执行。
出于清楚的目的，以下描述中省略了广泛为人所知且与本发明不相关的各 种实施例及其设计与制造方法的许多细节。
应了解，贯穿于本说明书的对"一个实施例"或"一实施例"的参考意味 着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例 中。因此，应强调且应了解，在本说明书中的各个部分中对"一实施例"或"一 个实施例"或"一替代实施例"的两个或两个以上参考不一定全部表示同一实施例。此外，在本发明的一个或一个以上实施例中特定特征、结构或特性可适 当地组合。
类似地，应了解，在本发明的示范性实施例的以上描述中，本发明的各种 特征有时出于组织本发明从而辅助理解各种发明方面中的一者或一者以上的 目的而在单个实施例、图或其描述中分组在一起。然而，本发明的此方法不应 解释为反映所主张的发明要求比每一权利要求中明确陈述的特征多的特征的 意图。事实上，如所附权利要求书所反映，发明方面在于单个以上揭示的实施 例的不到全部特征。因此，附随于具体实施方式
的权利要求书在此明确地并入 此具体实施方式
中，且每一权利要求作为本发明的单独实施例而独立存在。
还应了解，可在缺乏未明确揭示的元件和/或步骤的情况下实践本发明的 实施例。也就是说，本发明的发明特征可以是排除某一元件。因此，虽然已详 细描述本文陈述的特定实施例的各个方面，但本发明可在不脱离本发明的精神 和范围的情况下容许各种变化、替代和更改。
权利要求
1.一种量表读取系统，其特征在于，包括参数存储装置，以数字形式存储至少一个量表的参数数据；图像处理电路，经耦合以从物理附接到至少一个量表的图像传感器之中接收图像数据，所述图像处理电路分析所述图像数据以产生对应于量表图像的图像数据点，且从所述图像数据点和所述参数数据之中产生量表读数；传输电路，将所述量表读数传输到远离所述量表的位置；以及控制电路，用于在所述图像处理电路处激活并将所述量表读数耦合到所述传输电路。
2. 根据权利要求1所述的量表读取系统，其特征在于所述控制电路和所述图像数据分析器电路形成于单个集成电路村底中。
3. 根据权利要求1所述的量表读取系统，其特征在于所述图像数据包括多个像素；且所述图像处理电路确定所述像素的平均强度，并识别相对于平均强度有预定偏差的像素。
4. 根据权利要求3所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含产生所述图像数据的图像传感器。
5. 根据权利要求4所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含照明源，耦合到控制电路，用于在所述图像传感器的图像感测操作期间对量表进行照明。
6. 根据权利要求5所述的量表读取系统，其特征在于所述照明源包括发光二极管。
7. 根据权利要求4所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含所述参数存储装置、图像处理电路、传输电路和控制电路在同一集成电路(IC)组合件上彼此互连；以及外罩，容纳所述IC组合件且包含用于将所述外罩物理固定到量表的量表接口。
8. 根据权利要求7所述的量表读取系统，其特征在于所述外罩进一步包含电池收纳器，其耦合到所述IC组合件，用于接收至少一个电池并将电力提供到所述IC组合件。
9. 根据权利要求8所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含DC适配器，耦合到所述电池收纳器，用于将外部电源转换为预定DC输入电压。
10. 根据权利要求7所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含形成在所述外罩的外部表面上的显示器，用于显示至少所述量表读数。
11. 根据权利要求4所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含至少 一个图像反射器，其用于将量表图像反射到所述图像传感器。
12. 根据权利要求1所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含混合信号阵列集成电路，含有包含处理器和相应随机存取存储器的数字电路区块，以及模拟电路区块，且包含至少所述控制电路。
13. 根据权利要求12所述的量表读取系统，其特征在于所述混合信号阵列集成电路包含用于检测多个电容传感器处的电容变化的电容感测输入。`13. 根据权利要求1所述的量表读取系统，其特征在于所述传输电路经由无线信号传输所述量表读数。
14. 根据权利要求13所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含至少一个数字到模拟转换器(DAC),将所述量表读数从数字值转换为模拟值。
15. 根据权利要求14所述的量表读取系统，其特征在于混合信号阵列集成电路，含有包含处理器和相应随机存取存储器的数字电路区块，以及模拟电路区块，包含至少一个ADC。
16. 根据权利要求1所述的量表读取系统，其特征在于图像相关区段在所述量表读数在预定限度之外时进一步激活限度指示。
17. 根据权利要求16所述的量表读取系统，其特征在于所述参数存储装置、图像处理电路、传输电路和控制电路在同一集成电路(IC)组合件上彼此互连；以及外罩，容纳所述IC组合件且包含用于将所述外罩物理固定到量表的量表 接口 ，及当激活所述限度指示时所激活的警报指示器。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述警报指示选自由预定发光二极管图案、预定液晶显示器图案和预定音频输出所组成的群组。
19. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述参数存储装置包含用于存储校准值变量的至少一个位置；且所述图像处理电路从所述图像数据点和所述至少一个校准值变量之中产生量表读数。
20. —种读取量表的方法，其特征在于，包括以下步骤a. 从物理附接到所述量表的图像传感器采集量表的图像数据；b. 处理所述图像数据以区分量表测量点与非测量点；c. 从所述量表测量点和至少存储的量表参数数据之中确定量表读数；d. 将所述量表读数发送到远离所述量表的位置。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包含在步骤a.到d.之前，用物理附接到所述量表的所述图像传感器采集所述量表的图像数据；以及从所述图像传感器读取所述量表的图像数据。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于在采集图像数据之前，开启所述图像传感器；且在读取图像数据之后，关闭所述图像传感器。
23. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于在采集图像数据之前，开启照明源以对所述量表进行照明；且在采集图像数据之后，关闭所述照明源。
24. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于所述步骤b.包含扫描低于全部图像数据的图像数据的预定区段，以及从所述预定区段中的非测量点确定测量点；所述步骤c.包含将所述测量点转换为预定格式数据，以及 用至少所述预定格式数据产生所述量表读数。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于 所述图像数据包括多个像素；且 从非测量点确定测量点包含确定所述经扫描预定区段内的像素区块的平均像素强度，以及 确定像素区块的最高对比度像素的位置。
26. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于 所述量表是径向量表；且所述预定区段是对应于所述量表的图像内的多个同心圆的像素位置。
27. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于 所述量表是线性量表；且所述预定区段是对应于所述量表的所述图像内的至少一条线的像素位置。
28. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包含 检查附接到所述量表的组合件内的电池的电池状态；以及 如果所述电池状态在预定限度外，那么激活一指示。
29. 根据权利要求28所述的方法，其特征在于 激活一指示包含选自由以下各项组成的群组的步骤 激活所述组合件上的视觉指示器， 激活所述组合件上的音频指示器，以及 将警报指示发送到远离所述量表的位置。
30. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包含 将所述量表读l欠发送到远离所述量表的位置。
31. 根据权利要求30所述的方法，其特征在于 发送所述量表读数包含选自由以下各项组成的群组的步骤 以无线方式传输所述量表读数， 经由至少一个导线发送数字电性信号，以及经由至少 一个导线发送^f莫拟电性信号。
32. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包含在连接到所述量表的组合件上显示所述量表读数。
33. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包含 校准步骤，包含i. 用物理附接到所述量表的所述图像传感器采集所述量表的图像数据；ii. 处理所述图像数据以区分量表测量点与非测量点；iii. 从所述量表测量点、所存储的量表参数数据和校准参数数据之中确定量 表读数；iv. 如果步骤iii中确定的所述量表读数不对应于实际量表读数，那么改变 所述校准参数数据；以及v. 重复步骤i到iv直到步骤iii中确定的量表读数对应于实际量表读数为止。
34. —种量表读取系统，其特征在于，包括 至少一个量表读取器，包括 图像传感器，用于产生数字图像数据，附接件，用于将所述量表读取器附加到量表并将量表图像的图像引导到所 述图像传感器，图像处理器，用于从所述图像数据之中产生量表读数，以及 输出电路，将所述量表读数输出到远离所述量表的位置。
35. 根据权利要求34所述的量表读取系统，其特征在于 所述输出电路包括经由无线连接来传输量表读数的无线传输器。
36. 根据权利要求35所述的方法，其特征在于，进一步包含 基于计算机的监视系统，包括监视中央处理单元，监视存储器，用于存储监视计算机程序，以及 无线接收器，用于经由所述无线连接来接收所述量表读数。
37. 根据权利要求34所述的量表读取系统，其特征在于 所述输出电路包括网络接口 。
38. 根据权利要求35所述的量表读取系统，其特征在于，进一步包含 监视系统，包含至少一个模拟控制信号输入；无线接收器，用于经由所述无线连接来接收所述量表读数；以及 至少一个数字到模拟转换器，耦合到所述模拟控制信号输入，将由所述无 线接收器接收的所述量表读数从数字值转换为模拟信号。
39. 根据权利要求34所述的量表读取系统，其特征在于 所述输出电路包含至少一个数字到模拟转换器输入，将所接收的所述量表读数从数字值转换 为模拟信号。
40. 根据权利要求34所述的量表读取系统，其特征在于 所述量表读取器进一 步包含对所附接的量表进行照明的照明源。
41. 根据权利要求34所述的量表读取系统，其特征在于 所述量表读取器进一步包含用于将所附接的量表的图像反射到所述图像传感器的反射器。
全文摘要
一种量表监视系统可包括参数存储装置，其以数字形式存储至少一个量表的参数数据。所述参数数据可对应于不同量表读数。图像处理电路可经耦合以从物理附接到至少一个量表的图像传感器之中接收图像数据，所述图像处理电路可分析所述图像数据以产生对应于量表图像的图像数据点，且从所述图像数据点和所述参数数据之中产生量表读数。传输电路将所述量表读数传输到远离所述量表的位置。控制电路激活所述图像处理电路并将所述量表读数耦合到所述传输电路。
文档编号H04N1/00GK101632292SQ200780045651
公开日2010年1月20日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月21日
发明者哈利·辛 申请人:赛普拉斯环境系统公司