CN111193662A - 一种基于视觉识别的边缘计算网关 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种基于视觉识别的边缘计算网关，包括：图像采集模块、图像解析模块、数据转换模块、微处理器、协议解析模块以及数据传输模块；其中，图像采集模块包括面板图像采集相机组和环境图像采集相机；图像解析模块解析得到各设备的参数信息和告警信息；微处理器用于对转换后的参数信息和告警信息进行处理和分析，得到异常结果和对应的设备的运行动作；数据传输模块用于将转换成预设协议的异常结果和设备运行动作发送至对应的设备。该方案弥补了常规边缘计算网关对于封闭协议的困扰，将之前因通信协议不开放或者没有通讯接口而各自孤立的设备连通起来，并能完成整个车间的监控，大大减少了员工巡检的工作量。

Description

一种基于视觉识别的边缘计算网关
技术领域
本申请涉及物联网技术领域，具体而言，本申请涉及一种基于视觉识别的边缘计算网关。
背景技术
随着工业物联网的快速发展，以及工业互联网上层平台功能的完善，对设备层数据的要求越来越多。而工业现场涉及的设备往往来自于全球各个供应商，其通信协议多种多样，不同品牌的数控***、CNC装备开放程度不同，部分高精度设备采用进口，协议不开放，也无法提供采集参数地址。尤其是国外一些设备厂商必须通过购买方式取得设备驱动传输协议的授权，才能开放接口，进行设备参数的采集与上传。因此，为解决该问题，部分物联网企业采用外加传感器及IO模块的方式进行数据采集，但每增加一个传感器就要增加相应的转换传输设备，增加成本而且提高物联网使用门槛，而且采集上来的数据与实际生产的数据存在偏差，无法满足现有数据采集需要。另一方面，随着工厂的自动化程度越来越高，很多车间已经实现无人化，对车间生产环境的监测以及联锁应急处理的及时性要求越来越高，数据采集装置融入边缘处理需求的极速膨胀。
因此，亟需提供一种解决上述问题的边缘计算网关。
发明内容
本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，本申请实施例所提供的技术方案如下：
本申请实施例提供了一种基于视觉识别的边缘计算网关，包括：图像采集模块、图像解析模块、数据转换模块、微处理器、协议解析模块以及数据传输模块；其中，
所述图像采集模块包括面板图像采集相机组和环境图像采集相机，其中所述面板图像采集相机组包括至少两个面板图像采集相机，每个相机设置在一个设备的操作面板的正上方；所述环境图像采集相机设置在特定位置，用于采集包含车间内所有设备的环境图片；
所述图像解析模块包括第一图像解析模块和第二图像解析模块，所述第一图像解析模块用于对各面板图像采集相机采集的第一图像进行解析得到各设备的参数信息，所述第二图像解析模块用于对所述环境图像采集相机采集的第二图像进行解析得到各设备的告警信息；
所述数据转换模块用于接收所述图像解析模块发送的参数信息和告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息转换为所述微处理器能够处理的数据类型；
所述微处理器用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并对转换后的所述参数信息和所述告警信息进行处理和分析，得到异常结果和对应的设备的动作；
所述协议解析模块用于将所述微处理器输出的所述异常结果和所述设备运行状态转换成预设协议数据；
所述数据传输模块用于将转换成预设协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至对应的设备。
在本申请的一种可选实施例中，所述边缘计算网关还包括存储器，所述存储器与所述微处理器连接，用于存储微处理器的中间数据。
在本申请的一种可选实施例中，所述环境图像采集相机具体用于采集包含车间内所有设备的报警灯的环境图片。
在本申请的一种可选实施例中，所述报警灯为具有红、黄、绿三种颜色的三色灯，用于显示对应的设备的运行状态。
在本申请的一种可选实施例中，所述第二图像解析模块还用于：
获取三色灯为红色或黄色的设备的编号。
在本申请的一种可选实施例中，所述数据传输模块包括无线模块、以太网端口以及串口，其中，
所述无线模块用于将转换成无线通信协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至预警终端；
所述以太网端口用于将转换成以太网协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至以太网设备；
所述串口用于将转换成串口协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至串口设备。
在本申请的一种可选实施例中，所述边缘计算网关还包括IO模块，所述IO模块与所述数据转换模块相连，所述IO模块用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息发送至IO设备。
本申请提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例提供的方案，通过图像采集模块对各设备的操作面板图像进行采集，对各设备的运行状态提示装置的图像进行采集，并对图像中的信息进行识别后发送至微处理器进行处理，得出对应设备的异常结果和运行动作，并发送至相应终端和设备以使维保人员能够及时处理，该方案弥补了常规边缘计算网关对于封闭协议的困扰，将之前因通信协议不开放或者没有通讯接口而各自孤立的设备连通起来，并能完成整个车间的监控，大大减少了员工巡检的工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的一种基于视觉识别的边缘计算网关的结构框图；
图2为本申请实施例的一个示例中基于视觉识别的边缘计算网关的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：
边缘计算：是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。
网关(Gateway)：又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
工业现场涉及的设备往往来自于全球各个供应商，其通信协议多种多样，不同品牌的数控***、CNC装备开放程度不同，部分高精度设备采用进口，协议不开放，也无法提供采集参数地址。尤其是国外一些设备厂商必须通过购买方式取得设备驱动传输协议的授权，才能开放接口，进行设备参数的采集与上传。因此，为解决该问题，部分物联网企业采用外加传感器及IO模块的方式进行数据采集，但每增加一个传感器就要增加相应的转换传输设备，增加成本而且提高物联网使用门槛，而且采集上来的数据与实际生产的数据存在偏差，无法满足现有数据采集需要。另一方面，随着工厂的自动化程度越来越高，很多车间已经实现无人化，对车间生产环境的监测以及联锁应急处理的及时性要求越来越高，数据采集装置融入边缘处理需求的极速膨胀。针对上述问题本申请实施例提供了一种基于视觉识别的边缘计算网关。
图1为本申请实施例提供的一种基于视觉识别的边缘计算网关的结构框图，如图1所示，该边缘计算网关100包括：图像采集模块101、图像解析模块102、数据转换模块103、微处理器104、协议解析模块105以及数据传输模块106。其中：
所述图像采集模块101包括面板图像采集相机组和环境图像采集相机，其中所述面板图像采集相机组包括至少两个面板图像采集相机，每个相机设置在一个设备的操作面板的正上方；所述环境图像采集相机设置在特定位置，用于采集包含车间内所有设备的环境图片。
具体的，图像采集模块设置在被监控的车间中，对车间中的多个设备进行图像采集。面板图像采集相机组的每个相机中的一个相机对应一个设备，即面板图像采集相机组中相机的数量与车间中设备的数量相等，且每个相机的镜头正对对应的设备的操作面案设置，以采集该设备操作面板的图像(即后文中的第一图像)。车间中每个设备都在相应位置设置有运行状态提示装置(例如三色灯)，通过观察该设备运行状态提示装置即可直观的获知对应设备的运行状态。环境图像采集相机的镜头设置在特定位置，该特定位置能够保证环境图像采集相机能够采集到包含所有设备的运行状态提示装置的环境图像(即后文中的第二图像)。
所述图像解析模块102包括第一图像解析模块和第二图像解析模块，所述第一图像解析模块用于对各面板图像采集相机采集的第一图像进行解析得到各设备的参数信息，所述第二图像解析模块用于对所述环境图像采集相机采集的第二图像进行解析得到各设备的告警信息。
具体的，第一图像解析模块对第一图像中的关键参数进行获取，得到每一第一图像对应的设备参数信息，同时可以获取该设备的标识信息。第二图像解析模块具有识别和定位功能，从第二图像中识别运行状态处于告警状态的设备，然后再对该设备进行定位，获取该设备的标识信息，即设备的告警信息中包括了告警状态和设备的标识信息。那么通过第一图像解析模块得到的标识信息，和第二图像解析模块得到的标识信息，可以将参数信息和告警信息对应起来，以便后续分析处理。
需要说明的是，第一图像解析模块可以直接从设备的操作面板的图像中识别出设备的标识信息。而在第二图像解析模块中预存了车间中各个位置对应的设备的标识信息，那么对第二图像中处于告警状态的设备的位置识别，并与预存的信息进行比对即可获取该设备的标识信息。
所述数据转换模块103用于接收所述图像解析模块发送的参数信息和告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息转换为所述微处理器能够处理的数据类型。
所述微处理器104用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并对转换后的所述参数信息和所述告警信息进行处理和分析，得到异常结果和对应的设备的动作。
其中，微处理器具备断电续传、边缘处理的能力，并且在2G/3G/4G的联网基础，进行了5G信号接入的模块融合。
具体的，由于处于告警状态的设备其告警信息和参数信息可以通过标识信息进行对应，那么微处理器可以对处于告警状态的设备的告警信息和参数信息进行处理和分析，得出异常结果和该设备的运行动作。其中，通过第二图像解析模块发送的数据可以获知哪些设备处于告警状态，然后对这些设备的参数信息进行分析，可以获知该设备的具体异常结果，以及此时设备的运行动作。
所述协议解析模块105用于将所述微处理器输出的所述异常结果和所述设备运行动作转换成预设协议数据。
具体的，由于各设备的运行的数据传输协议可能各不相同，因此在获取到异常结果和设备运行动作转换为对应设备的数据传输协议下的数据。
所述数据传输模块106用于将转换成预设协议的所述异常结果和所述设备运行动作发送至对应的设备。
具体的，将异常结果和设备运行动作发送至对应的设备，以提醒相关维保人员进行相关紧急处理。
本申请实施例提供的方案，通过图像采集模块对各设备的操作面板图像进行采集，对各设备的运行状态提示装置的图像进行采集，并对图像中的信息进行识别后发送至微处理器进行处理，得出对应设备的异常结果和运行动作，并发送至相应终端和设备以使维保人员能够及时处理，该方案弥补了常规边缘计算网关对于封闭协议的困扰，将之前因通信协议不开放或者没有通讯接口而各自孤立的设备连通起来，并能完成整个车间的监控，大大减少了员工巡检的工作量。
在本申请的一种可选实施例中，所述边缘计算网关还包括存储器，所述存储器与所述微处理器连接，用于存储微处理器的中间数据。
在本申请的一种可选实施例中，所述环境图像采集相机具体用于采集包含车间内所有设备的报警灯的环境图片。
在本申请的一种可选实施例中，所述报警灯为具有红、黄、绿三种颜色的三色灯，用于显示对应的设备的运行状态。
在本申请的一种可选实施例中，所述第二图像解析模块还用于：
获取三色灯为红色或黄色的设备的编号。
在本申请的一种可选实施例中，所述数据传输模块包括无线模块、以太网端口以及串口，其中，
所述无线模块用于将转换成无线通信协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至预警终端；
所述以太网端口用于将转换成以太网协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至以太网设备；
所述串口用于将转换成串口协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至串口设备。
在本申请的一种可选实施例中，所述边缘计算网关还包括IO模块，所述IO模块与所述数据转换模块相连，所述IO模块用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息发送至IO设备。
下面通过一个示例对上述实施例进行具体说明，可以理解的是本申请的保护范围不以此为限。
如图2所示，对于每台设备，检测镜头1(对应于面板图像采集相机)用于抓取操作面板的画面，将画面传至边缘计算网关(可以理解为包括图像解析模块、数据转换模块、微处理器、协议解析模块以及数据传输模块的一个装置)进行分析计算，将关键的加工参数进行提取，并进行就地分析运算，生成加工关键参数曲线，当曲线的趋势快接近危险点时，通过WEB/电话/语音的方式进行预警。具体处理步骤可以包括：
(1)检测镜头1对设备显示面板上的画面进行抓取；
(2)抓取的数据通过传输到CCD识别模块(对应于第一图像解析模块)，CCD识别模块对抓取画面进行识别，提取画面中设备涉及的运行参数、工艺参数等数据；
(3)数据通过数据转换模块转换为可被通信模块接受的数据；
(4)转换后的运行参数数据、工艺参数数据通过微处理器进行分析运算，并形成参数曲线；
(5)分析运算结果和参数曲线将存储在存储器中。
再次参考图2，检测镜头2，对车间所有设备的三色灯进行观测，边缘计算网关嵌入定位分隔技术，将设备生成唯一坐标，该坐标与机台标号(设备的标识信息)进行绑定。当某一个设备的三色灯超过一定时间一直处于红灯或黄灯时，进行预警分析。具体处理步骤可以包括：
(1)检测镜头2对车间周围环境如三色灯进行检测；
(2)一旦检测到有红灯或者黄灯，将灯色信息通过传输到设备标识定位解析模块(对应于第二图像解析模块)；
(3)设备标识定位解析模块嵌入定位分隔技术，并为每台设备生成唯一坐标，该坐标与机台标号进行绑定，三色灯亮灯信息通过该模块识别并解析得到是哪一台设备出现异常；
(4)异常数据通过数据转换模块转换为可被通信模块接受的数据；
(5)转换后的数据结合微处理器的参数曲线、运算结果分析得出相应设备导致异常的几种可能性(即设备的几种可能的运行动作)。
再次参考图2，异常结果及导致异常的可能性行为等信息通过协议解析模块转换成为统一的标准协议输出预警信号，将该设备的坐标及机台号通过预警终端通知相应的维保人员，具体来说可以包括以下几种情形：
(1)转换成为无线通信协议，通过无线传输模块，生成短信、邮件、电话及PC终端的预警信息予以提示警告；
(2)转换成为以太网协议，通过以太网协议传输到以太网接口设备；
(3)转换成为串口协议，通过以串口协议传输到串口设备；
(4)转换成为IO协议，通过以IO模块传输到无法升级改造的老旧设备。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，包括：图像采集模块、图像解析模块、数据转换模块、微处理器、协议解析模块以及数据传输模块；其中，
所述图像采集模块包括面板图像采集相机组和环境图像采集相机，其中所述面板图像采集相机组包括至少两个面板图像采集相机，每个相机设置在一个设备的操作面板的正上方；所述环境图像采集相机设置在特定位置，用于采集包含车间内所有设备的环境图片；
所述图像解析模块包括第一图像解析模块和第二图像解析模块，所述第一图像解析模块用于对各面板图像采集相机采集的第一图像进行解析得到各设备的参数信息，所述第二图像解析模块用于对所述环境图像采集相机采集的第二图像进行解析得到各设备的告警信息；
所述数据转换模块用于接收所述图像解析模块发送的参数信息和告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息转换为所述微处理器能够处理的数据类型；
所述微处理器用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并对转换后的所述参数信息和所述告警信息进行处理和分析，得到异常结果和对应的设备的运行动作；
所述协议解析模块用于将所述微处理器输出的所述异常结果和所述设备运行动作转换成预设协议数据；
所述数据传输模块用于将转换成预设协议的所述异常结果和所述设备运行动作发送至对应的设备。
2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关还包括存储器，所述存储器与所述微处理器连接，用于存储微处理器的中间数据。
3.根据权利要求1所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述环境图像采集相机具体用于采集包含车间内所有设备的报警灯的环境图片。
4.根据权利要求3所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述报警灯为具有红、黄、绿三种颜色的三色灯，用于显示对应的设备的运行状态。
5.根据权利要求4所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述第二图像解析模块还用于：
获取三色灯为红色或黄色的设备的编号。
6.根据权利要求1所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述数据传输模块包括无线模块、以太网端口以及串口，其中，
所述无线模块用于将转换成无线通信协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至预警终端；
所述以太网端口用于将转换成以太网协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至以太网设备；
所述串口用于将转换成串口协议的所述异常结果和所述设备运行状态发送至串口设备。
7.根据权利要求1所述的基于视觉识别的边缘计算网关，其特征在于，所述边缘计算网关还包括IO模块，所述IO模块与所述数据转换模块相连，所述IO模块用于接收经所述数据转换模块转换的所述参数信息和所述告警信息，并将所述参数信息和所述告警信息发送至IO设备。
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