[[alternative]]Study of mechanical meters using optical bar-code reading techniques

碩士[[abstract]]有鑒於全球環境的急速惡化，各國政府紛紛開始著手於節能減碳與綠能開 發，並積極推展及運用於公用事業、工商業及居家等領域。以先進讀表基礎建 設(Advanced Metering Infrastructure, AMI)為例，是一套智慧電網(Smart Grid) 系統透過完備的通訊系統及精密系統軟體等開發與建置，首先必須建設基礎設 備智慧型裝置 (Intelligent Device, ID)，包括智慧型表頭(Smart Meter)、監測、 開關、保護設備、控制設備及用戶端管理設備等等。其中，智慧型表頭可透過 有線、無線感知網路與光纖網路等多元技術支援前述應用領域。由應用與技術 發展等不同的面向切入，智慧型表頭的研發強調以人為主要的生活中心，並符 合具有低成本、低耗電、耐用性高及可大量建置等特性。 因此在本論文中我們提出新式讀表技術及架構，使用光學條碼讀取技術於 機械式表頭之應用，設計出機械式滾輪表頭之讀表裝置。在一般機械式滾輪表 頭數字下方標記相對應之條碼，並使用低成本的光學條碼掃描器與機械式數字 滾輪表頭相互整合，以完成表頭數值之讀取功能。如此的設計不僅成本低廉， 並且在斷電時機械式計數器仍可持續運作，同時保留人員檢視數值模式，待復 電後再由光學條碼掃瞄器讀取表頭之最新條碼組合(即最新數值)，再經由網路 回傳最新數值至業者系統端。 本項讀表技術可廣泛地運用於各類機械式表頭，以提供自動擷取數據及即 時遠端監測之數位家庭服務。[[abstract]]In view of the rapid deterioration of the global environment, governments have started to reduce carbon emissions and green energy development, and actively promote and applied in public utilities, business and home areas. Advanced metering infrastructure, for example, is a smart grid system. It was developed and deployed through completely communication system and sophisticated system software and others. We must first build intelligent infrastructure devices, including smart meter, monitoring, switching, protective equipment, control devices and user management equipment, etc. Among others, smart meters through cable, wireless sensor network, fiber-optic network and other techniques can support the aforementioned multiple applications. By the application and technology development from different sides into, smart meters of R &D emphasize that people are the main center of life, and meet the features of low cost, low power consumption, high durability and deployment in large. Therefore, in this thesis, we propose the new advanced metering technology and architecture, which employs optical bar-code reading technique to the application in metering devices with mechanical figure wheel. In a general mechanical figure wheel, we design a corresponding bar-code to make the assemblage of a low-cost optical bar-code scanner and a mechanical figure wheel to complete our proposed metering device. Such a design is not only low-cost and can continue to operate mechanical counter even in the situation of power off. Meanwhile, retaining the staff to view numerical figures, after getting power this advanced meter can read the latest bar-code combination (i.e. the latest value) by a built-in optical bar-code scanner. Then feedback the latest value to the system of industry client via the Internet. This meter reading technology can be widely used in various types of mechanical meters to automatically retrieve data and provide real-time remote monitoring of digital home services.[[tableofcontents]]目錄 第一章 緒論..............................................1 1.1 前言................................................1 1.2 研究動機.............................................1 1.3 論文架構.............................................3 第二章 文獻回顧及探討......................................4 2.1 智慧型家庭住宅( Smart Home )-簡介......................4 2.1.1 先進讀表基礎建設(Advanced Metering Infrastructure,AMI)5 2.2 流量擷取裝置系統與現今的發展..............................6 2.2.1 先前技術............................................6 2.2.2 新時代技術..........................................7 第三章 ㄧ維條碼系統的理論介紹................................10 3.1 條碼源起與發展簡介.....................................10 3.1.1 條碼原理與特性......................................12 3.1.2 條碼分類與應用......................................13 3.2 庫巴碼(Code Bar)原理與應用........................... 15 3.2.1 庫巴碼(Code Bar)原理...............................15 3.2.2 庫巴碼(Code Bar)特性...............................16 V 第四章 條碼掃瞄器之系統架構與硬體............................20 4.1 條碼掃瞄器的簡介......................................20 4.2 條碼掃瞄器的原理......................................20 4.3 條碼掃瞄器的種類......................................22 4.3.1 光筆式掃描器原理....................................22 4.3.2 CCD 光學掃描器原理..................................23 4.3.3 雷射光學掃描器原理...................................24 第五章 整合型創新流量自動擷取系統.............................25 5.1 前言.................................................25 5.2 系統架構..............................................26 5.2.1 硬體感測器的整合編成之應用.............................26 5.2.2 軟體整合編成之應用....................................29 第六章硬體與軟體之結果分析...................................34 6.1 模擬機械式數字計數器實驗結果（一）........................34 6.2 模擬機械式滾輪計數器實驗結果（二）........................38 6.3 整合系統實驗結果.......................................39 第七章 結論與未來研究方向....................................45 7.1 成果與討論............................................45 VI 7.2 未來研究方向...........................................46 參考文獻..................................................47 圖目錄 圖一、讀表結構示意圖 ......................................2 圖二、智慧型家庭住宅示意圖 .................................4 圖三、傳統自來水表頭圖 ....................................6 圖四、傳統瓦斯表頭圖 .....................................6 圖五、傳統電力瓦時表頭圖...................................7 圖六、數位式自來水表頭圖...................................8 圖七、數位式瓦斯表頭圖.....................................8 圖八、數位電力瓦時表頭圖...................................8 圖九、條碼示意圖.........................................12 圖十、39 條碼示意圖......................................12 圖十一、庫德巴碼(Code bar) 條碼原理圖.....................16 圖十二、條碼分散式原理圖..................................19 圖十三、條碼掃描器基本架構圖[13] ..........................21 圖十四、光筆式條碼掃描器基本架構圖..........................22 圖十五、光罩式條碼掃描器基本架構圖..........................23 圖十六、雷射式條碼掃描器基本架構圖..........................24 圖十七、自動擷取表頭裝置剖面示意圖..........................26 VIII 圖十八、機械式旋轉跳號數字表頭示意圖.........................27 圖十九、結合式CCD 掃描模組示意圖............................28 圖二十、CCD 光學模組讀取示意圖..............................28 圖二十一、自動擷取流量計數表頭系統外觀完整示意圖................29 圖二十二、遠端軟體傳送架構示意圖.............................30 圖二十三、遠端瓦斯表頭測試程式圖.............................31 圖二十四、遠端瓦斯表頭測試異常圖.............................32 圖二十五、用戶登錄手機查詢圖示...............................33 圖二十六、用戶登錄電腦端查詢圖示.............................33 圖二十七、單一條碼數字比例圖................................35 圖二十八、字元編碼圖......................................35 圖二十九、印刷條碼圖........................................36 圖三十、排列完整之裁切條碼圖.................................36 圖三十一、市售CCD 條碼掃瞄器................................37 圖三十二、CCD 條碼掃瞄器判讀排列條碼圖........................37 圖三十三、字元間距測試圖....................................38 圖三十四、裁切模擬機械式滾輪表頭之壓克力圖.....................40 圖三十五、相對應的數字及條碼圖...............................41 IX 圖三十六、排列完成之六位數字條碼表頭圖(含起始碼與結束碼)........41 圖三十七、可判讀相對應的數字及條碼正（側）視圖.................42 圖三十八、模擬電腦傳輸線路介面圖（RS-232）...................43 圖三十九、模擬電腦傳輸介面板圖（RS-232）.....................43 圖四十、模擬表頭自動讀取之整機系統實驗圖-等待中................44 圖四十一、模擬表頭自動讀取之整機系統實驗圖-讀取中...............44 表目錄 表一、傳統機械式表頭與數位電子式表頭的特性比較表 9 表二、近代條碼的發展史[11] 11 表三、庫德巴碼16種字元圖表[12] 17 表五、光學元件-CCD掃描光學模組[16] 27 表六、條碼掃瞄器字元兼具實驗表39[[note]]學號: 796440195, 學年度: 9