远程计量仪表及其计数器读数电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种远程计量仪表及其计数器读数电路，该计数器读数电路包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其中，每组所述光电传感器包括两个所述光电传感器，两个所述光电传感器并联。本实用新型具有成本低、传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。
【专利说明】远程计量仪表及其计数器读数电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种远程计量仪表，尤其涉及远程计量仪表的计数器读数电路，属于计量仪表数据的识别及处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的电表、水表、煤气表等计量仪表均采用机械式计度器，是一种人工直读式累加计数器。此类机械式计度器的突出优点是无须电源就能进行计量(如水表、气表)，缺点则是只能人工读数抄表。
[0003]随着社会进步，电子技术和网络通讯的发展，上世纪九十年代，人们开始应用电子技术将机械式计度的电表、水表、煤气表计数值进行远程读取，通过有线和无线网络传输到计算机中心进行显示打印(即远程抄表)。
[0004]有关远程读取抄表的方法和装置已有很多公开技术，例如采用轮式电子抄表的公开专利文献就有上百条之多。从已经公开的专利文献可以看到，对电表、水表、煤气表等计量仪表进行远程读取的解决方法较多是通过脉冲式计数进行数字化处理，即通过对该仪表某一转动部件的转动次数通过光、磁或谐振感应方式等进行脉冲输出计量，每转动一次便输出一个脉冲或脉冲组，再由单片计算机进行数字化处理并加以累计和存储。但是，这种方式缺点是易受干扰；对于机械式水表或气表等没有电的计量仪表来说，脉冲计量装置必须保证在计量的全过程外接电，当断电时容易造成计量不准。后来发展出非接触式电子读取装置，如专利号为00208157.1的中国专利公开一种电子数字化读取的机械转轮式计数器，以及专利号为00105255.1的中国专利公开一种机械转轮式计数器的电子数字化读取方法。其数字化读取是通过发射光线到数码转轮上，数码转轮上对应读数的区域为反射区或吸收区，四个开光量式传感器检测反射区或吸收区的反射光，并判断为开(I)或关(O)状态，通过感应到的四个数字的不同排列的状态而确定视区上的确切读数。上述两专利文献可以对计量仪表进行非接触式电子读取，解决了脉冲计数所带来的二次计量等问题，但是，由于二者均采用开关式传感器来进行电子读取，很容易造成读数不准，难以推广应用。
[0005]此外，研究发现，现有的机械轮式和各种电子远程计量水表、电表、煤气表存在需要改变水、电、气管路的安装方式，存在着体积大，传输数据不稳定、读数误差较大、成本高等诸多缺点，真正应用起来的极少。
[0006]根据远程电子计量仪表存在的缺点，申请号为CN01106500.1的中国专利申请公开一种机械式仪表的非接触式电子读数传感装置，以及申请号为CN00122436.0的中国专利申请公开一种自校正多功能电子电能表及其网络，二者对计量仪表体积大，传输数据不稳定有了进一步的改进。
[0007]但是在现公开的非接触式电子读数传感装置中，仍存在读数误差等突出的缺点，特别是在光电读数传感方法和装置中，读取装置的传感器的感应头一般都有电子噪音，在某些情况下，电子噪音可能掩盖了感应到的真实信号，或比真实信号还强，从而导致误读的发生；此外，计量仪表的数码转轮都有供人们肉眼观察转轮上读数的视区，因此在外界光从视区进入计量仪表而照射数码转轮的情况下，增大了数码转轮的反射光，结果传感器检测到错误的信号，比如应该感应不到反射光的，由于背景光的影响，错误地检测到光线，从而认为该区域是高反射区。所有上述的缺陷都必然导致现有读取装置不能正确读数，或不能稳定工作。
[0008]为了改变反射光(背景光)的影响，申请号为CN200510035995.6的中国专利申请公开一种机械转轮式计数器的电子读取装置及其方法，申请号为CN200510036371.6的中国专利申请提供一种转轮式计数器的电子读取装置。
[0009]在机械结构方面，申请号为CN201110274440.2的中国专利申请提供一种直读式水表计度器，其对远程电子计量仪表内部读数轮和传感器安装方式进行了改进。该直读式电子计度器与之前技术相比，最大的特点是:感应装置安装在转轮或转盘旁边，转轮或转盘上设置有读数，读数所在区域是被感应区，感应装置是一个模拟量式光电传感器，被感应区是色差反光区，电子读数是剔除背景噪音后的差值。该计度器试用经历表明:其具有成本低、传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。
[0010]但是在实践过程中发现该直读式电子计度器还存在以下问题:
[0011]1、由于单片机和传感器连线多，所以都是把单片机放置在水表内部的水环境中，如果密封不好，容易损坏。
[0012]在结构的设计上，一是进位轮安装在数字轮的底部或侧边，数字轮每个数字相应镶嵌或涂有与传感器对应的材料，在壳体内安装有若干个对数字轮识别的传感器，电路板安装在壳体的底部，并通过引线将信号输出，这种结构的字轮盒、传感器和齿轮传动机构分别安装在两个空腔内，使得水表计数器的结构复杂；二是由于齿轮传动机构需要跨越两个空腔，致使隔离液从液封腔的侧面渗漏。
[0013]2、无法在低电压如3.6V下工作，这样增加了耗电，设备使用寿命短。
[0014]为了解决上述结构方面的问题，申请号为CN201210268166.2的中国专利申请公开一种全液封水表计数器，其包括字轮盒、数字轮、齿轮传动机构、驱动轮和光电计数器，齿轮传动机构、数字轮、驱动轮和光电计数器均安装字轮盒内，驱动轮安装在数字轮的上部，并与数字轮啮合，光电计数器安装在数字轮的侧面或底部，在字轮盒的空腔内充满了密度比水低的无色透明的隔离液，光电计数器可以整个泡在隔离液内，齿轮传动机构由叶轮传动后从字轮盒的底盖输出，具有设计合理、结构简单，计数精确度高，适应性广等特点。
[0015]对于上述传感器或者说感应装置存在的问题，目前仍无可靠的解决方案，大多仍然采用传统技术、或者申请号为CN200510035995.6的中国专利申请提供的技术、或者申请号为CN200510036371.6的中国专利申请提供的技术，当一个传感器失效时，即可能造成整个计量仪表的远程读数功能无法运行。
实用新型内容
[0016]本实用新型的目的在于提供一种远程计量仪表计数器及其读数装置，以解决现有技术存在的故障隐患
[0017]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种远程计量仪表的计数器读数电路，其技术方案如下:
[0018]一种远程计量仪表的计数器读数电路，包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其中，每组所述光电传感器包括两个并联的所述光电传感器，每一所述光电传感器的所述发光管阳极端串联一电阻后与所述光接收管的集电极相连接后，再与一第一电子开关的输出端连接；每一所述第一电子开关的输入端分别与所述单片机的一输出端口连接以接收控制指令，每组所述光电传感器的两个所述光接收管输出端发射极分别与所述单片机的一第一 A/D输入端口、一第二 A/D输入端口连接以输出电信号。
[0019]优选地，每组所述光电传感器的所述发光管的负极端均与一第二电子开关的输入端连接，所述第二电子开关的控制端与所述单片机的一输出端口连接以接收控制指令，所述第二电子开关的输出端接地。
[0020]优选地，所述第一电子开关、所述第二电子开关为三极管、场效应管或具有开关功能的1C。
[0021]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种远程计量仪表，其技术方案如下:
[0022]一种远程计量仪表，包括计数器读数电路，其中，所述计数器读数电路为上述任一远程计量仪表的计数器读数电路。
[0023]本实用新型的上述技术方案的有益效果如下:
[0024]采用并联的传感器直接将光电信号接到到单片机的AD转换器，将模拟信号转换成数字信号，然后由单片机进行处理，具有成本低，传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。并且线路连接简单、可将传感器和单片机分为两部分连接，以使这两部分可单独安置在水表里外。
[0025]另外，本实用新型可以采用模拟量式光电传感器，光电传感器可以安装在数字轮或数字转盘旁边，数字轮或转盘上设置的读数区域是被感应区，被感应区是色差反光区或者或透光孔，电子读数经由单片机处理之后，可以是剔除背景噪音后的差值，如此，可以提高读数的准确性，自动化程度高，方法简单，操作容易。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的计数器读数电路实施例的电路图。
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0028]为了解决现有技术存在的电池工作时需升压、耗电大的问题，本实用新型提供一种远程计量仪表的计数器读数电路，其可以应用于水表、电表、煤气表、燃气表等，优选应用于水表。
[0029]图1示出了本实用新型的计数器读数电路实施例的电路结构，由于本实施例可以与现有技术中的多种计量仪表的机械结构配合应用，因此，本实施例的机械结构不再赘述。
[0030]如图1所示，本实用新型的计数器读数电路实施例包括数字轮(未示出)、多组光电传感器和与多组光电传感器连接的单片机MCU。其中，数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，多个光电传感器SI 1、S12......SnU Snm分为多组，按照图1的排列，纵向设置的一列光电传感器即为一组光电传感器，也即第I组至第η (例如，2 < η或者2 < η < 7)组。
每组光电传感器Sll和S12、......或Snl和Snm (2 < η < 7)与每一计数轮对应，每个光
电传感器Sll、S12......SnUSnm包括用于发出光线并将发出的光线射向对应的计数轮上
的数字的发光管和用于接收来自数字上的光线并将光信号转换为电信号的光接收管。由于图1已经清楚了的示出了发光管(例如发光二极管，更具体而言，例如红外发光二极管)与光接收管(光敏三极管)的图标，为了简化附图，图1不再标注发光管与光接收管。每一光电
传感器SI 1、S12......Snl或Snm的发光管、光接收管均与单片机MCU耦接(直接或间接连
接)，单片机MCU接收光接收管发送的电信号并处理电信号从而识别与之对应的计数轮上的数字。每组光电传感器包括至少两个并联的光电传感器，例如光电传感器Sll、S12、Slm，也
即第I组光电传感器包括光电传感器Sll-Slm,......第m组光电传感器包括光电传感器
Snl-Snm,光电传感器SI 1、Slm并联，......光电传感器Snl、Snm并联。
[0031 ] 每组的光电传感器SI 1-Slm或光电传感器Snl-Snm的输入端分别与电子开关JP-n连接。
[0032]需要更清楚的说明的是，图1所示单片机MCU为AVR单片机，但本实用新型并不局限于此，本领域公知的其他单片机以及数字信号处理器也可以作为本实用新型的信号处理设备，例如MCS51单片机等。
[0033]由于本实施例中，如用电池供电，考虑电压降低问题，则增设了小于电源VCCl的第二稳压电源VCC2。否则VCC2可与VCCl连接。
[0034]如图1所示，本实施例的电路连接较为复杂，包含较多的电子器件，例如连线
JP-1......JP-η、电阻R70......电阻R7m、电阻Rl......电阻Rnl、电阻R90、三极管
Ql......Qn等，虽然元器件较多，但是图1已经清楚示出其电路结构，在此不再赘述其之间
的连接关系。
[0035]RT为温度传感器，可以检测传感器环境的温度，以便单片机做数据处理的参考。三极管Q00、QOl以及电阻R80、R8UR82等元件作开关型恒流源，以增加读数的准确性
[0036]应用时，若为两个光电传感器并联，单片机MCU的I/O 口(PBO-PBn)输出高电平，所有的光电传感器不工作，此时单片机MCU通过读取ADO-ADl等模拟端口，可以得到第I组到第η组的静态数值:Α11, Α12，...Anl, Αη2。
[0037]读完静态值后，按次序轮流给PBl-PBn端口中的其中一个端口输出低电平，其余的I/O端口为高电平，如端口 PBl为低，第一电子开关Ql导通。端口 PBO为低时，第二电子开关Q00、QOl不通，光电传感器Sll的发光管不亮，这是启动单片机读A/D可得光电传感器的背景光值All、A12，然后PBO为高，第二电子开关Q00、QOl通，光电传感器Sll的发光管点亮，照亮与之对应的计数轮表面，光反射回光电传感器Sll的光接收管(也可以在计数轮侧面按一定规律设置大小不一的长孔，发光管透过孔照到光接收管；也可以在计数轮表面按一定规律制成凹凸面，发光管点亮，照亮与之对应的计数轮凹凸面，光反射回光接收管)，则光接收管的发射极e产生与接收光强度成比例的电压，单片机MCU通过分别读取端口 ADO-ADl，可获得所对应的数值:B11，B12。
[0038]那么第一组的两个光电传感器(或者称为传感器)SI 1、S12所对应的计数轮(或者称为轮子)颜色或透光孔大小的值为:
[0039]CII=BI1-AIi ；[0040]C12=B12-A12 ；
[0041]第n组的两个传感器Snl、Sn2所对应的轮子颜色或透光孔大小的值为:
[0042]Cnl=Bnl-Anl ；
[0043]Cn2=Bn2-An2 ；
[0044]经过单片机MCU进行数值处理，设反射白色或透过大孔或凸面反射所得的数值Cnx整定为6，反射浅灰色或透过中孔或半凸面反射所得的数值Cnx整定为4，反射深灰色或透过小孔或平面反射所得的数值Cnx整定为2，反射黑色或透过无孔或凹面反射所得的数值Cnx整定为0，则可以得出计数轮数字0-9的一种编码。
[0045]如在轮子的9-0的位置涂黑色或不透光孔，在3-4-7涂浅灰色或中透光孔，在1-2-8涂深灰色或小透光孔，在5-6涂白色或全透光孔，则单片机MCU处理后得到的编码为:
[0046]轮子数字对应编码轮子转到数字中间时的编码
[0047]
【权利要求】
1.一种远程计量仪表的计数器读数电路，包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其特征在于，每组所述光电传感器包括两个并联的所述光电传感器，每一所述光电传感器的所述发光管阳极端串联一电阻后与所述光接收管的集电极相连接后，再与一第一电子开关的输出端连接；每一所述第一电子开关的输入端分别与所述单片机的一输出端口连接以接收控制指令，每组所述光电传感器的两个所述光接收管输出端发射极分别与所述单片机的一第一 A/D输入端口、一第二 A/D输入端口连接以输出电信号。
2.根据权利要求1所述的远程计量仪表的计数器读数电路，其特征在于，所述第一电子开关为三极管或具有开关功能的1C。
3.—种远程计量仪表，包括计数器读数电路，其特征在于，所述计数器读数电路为权利要求1-2任一所述的远程计量仪表的计数器读数电路。
【文档编号】G06M1/272GK203588308SQ201320688643
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】韦瑞峯 申请人:广西华望智能科技有限公司