专利名称：计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案的制作方法
技术领域：
本发明综合运用了光学、机械学、自动控制技术、微电子技术、通讯技术、网络技术、计算机技术等多项技术，多学科交叉渗透，属光、机电一体化技术领域。
本发明主要用于各种计量仪表的远程自动计量和收费管理。在这一应用领域国内外的现状为自动抄表系统(AMR)在国外已有十几年的历史，最初只是用于工业领域的仪表自动读数，后来发展到了公寓住宅的自动抄表中。美国农网的自动抄表技术主要是通过电话线、电力线载波、微波或无线电传送等途径实现；Hunt公司研制的抄表器通过电力线载波进行传送(“美国农网自动抄表技术简介”苏剑译《农村电气化》1995年11期)。日本FUJI电气公司将用于煤气、水表等仪表上的光耦合适配器安装在终端网络控制器与仪表之间，并通过电话线连接中心自动抄表设备(JP10079529/FUJI ELECTRIC CO LTD)。
由于国内计量管理量大，面广等特殊原因，使国内在这方面的需求远远超过国外。目前国内在这一领域的研究已形成热点，采用的方法各异，比如，有通过加装光电变换电路使感应式电能表输出脉冲信号[感应式电能表输出数字化的一种新方法/雷鸣亮//电测与仪表.-1996(11)-7-11]。也有以便携式微机为扩展核心，采用数字编码，双音多频信号编码和锁项调制解调等技术，利用电力线载波实现数据传输的系统[微机自动抄表系统/肖圣兵//电子技术.-1997(3)18-21]。上述国内外的系统各有优缺点，。但都忽视了两个至关重要的基本问题一是传感器的准确性问题；二是系统的使用寿命问题。这两个问题迭加的结果将严重影响系统的可靠性，进而阻碍自动抄表系统产业化的顺利实施。国内自动抄表系统均采用脉冲式远传一次表具，与这种表具配合的计数系统(数据采集机)运行方式是对各个一次仪表的输出肪冲一一进行计数累计。因此自动抄表系统一旦交付使用就必须24小时连续运行，保证在各种干扰环境下连续使用十几年甚至几十年不发生故障，不出现任何错误，这就造成了对数据采集机极其苛刻的要求。事实上满足这种要求的装置并不存在。
本发明将摈弃对各个一次仪表的输出脉冲一一进行计数累计的计量方式，而采用将一次仪表读数直接转换成数字信号再通过计算机网络传输，从而保证远传数据的可靠性，系统使用寿命的长期性。
本发明将提高现行城镇住宅自动抄表计费管理系统(以下简称自动抄表系统)的可靠性，研制并批量生产出图形显示数字化网络远程传输计量装置后，将从根本上简化自动抄表系统结构，减少工程量，节省运行费用，降低系统造价，为在这一领域内实现产业化奠定技术基础。
本发明是在计量表具表面加装一个光电和数模转换装置，然后通过数据集中器、网络中继器将数据信号传输到管理中心计算机，实现计量表具当前读数或数值在管理中心计算机上直接显示，从而达到即时零误差地远程读取计量表具读数或数值的目的。
如
图1所示，本发明的前端是一光学装置，由铰链1、折射板2、限位板3、发光二极管组4、透镜组5、仪表显示窗6等组成。常时，2由3限位，处于图示的实线位置。当业主或其他人员需要识读计量表具读数或数值时，可按动按钮使2以1为轴心翻转45度到达图示的虚线位置，即可直视6的读数；当需要采集数据时，4受激发光，经2将光线折射到6，6显示的读数或数值再经2折射到5，5送下一级处理。
如图2所示，本发明的光电和模数转换装置由以CMOS为核心的光电转换模块9、以A/D为核心的模数转换模块10、RS485通信接口11、以PIC为核心的数据采集、暂存、转发模块12、RS485通信接口13等组成。当需要采集数据时，5将6显示的读数或数值7在9的光电感应区域成一实象8，经9的内部电路将8转换成模拟量的图形信号I0输出；10输入I0后，再经10的内部电路将I0转换成数字量的图形信号I1输出；由11将每一路输出的I1通过RS485总线输送至12；再由12将数据采集、暂存、转发至上位机。
如图3所示，本发明的基本系统由表具(水、电、气、热等一次表具)19、数据采集模块14、光电转换模块15、模数转换模块16、数据通信模块17、图形识别模块18、控制模块20、图形显示模块21、数据通信模块22等组成，其中，14是以物理方式加装到19上。基本系统工作时，14从19获得基础光学图形U并将其投射到15，经15中的光敏元件、逻辑电路、时钟驱动器等将其转换成模拟图形信号Ui；16输入模拟电压Ui，经采样-保持电路采样展宽信号，再经ADC的数字化编码电路，形成数字量的图形信号Ud输出；17的物理平台可以是RS485总线，也可以是其它现场总线或LAN等物理网络，由其将信号传送至18；18是基于WINDOWS平台的软件，由其识别数字量的图形信号Ud并输送至21显示。当系统工作因某种干扰产生错误时，18会自动检测到并将重新采集数据的指令反馈给14，要求其再次执行采集数据程序，直至准确。22的作用是为了满足远程数据传输而设，需要时可由其将数据送至远端。20的作用是为了实现一些特殊的管理功能，比如欠费制裁等。
如图4所示，一个完整的系统由若干带有图形数据采集装置的计量表具23、RS485总线及通信接口24和26、数据集中器25、网络中继器27、管理计算机28、打印机29等组成。其中，25最多可以集中24个计量表具的图形数据，并即时暂存和转发；27最多可以中继转发1024个25发来的图形数据；理论上28管理的27不受数量的限制。系统具有线路断线、短路、错接等现象自动侦测报警功能；常时0功耗，采集数据时功耗＜0.05瓦；点对点通讯距离≤1200M；三级计算机网络通讯误码率＜10-6；适应环境温度-20-70℃。
本发明与现有技术最大的区别就在于摈弃了目前的对各个一次仪表的输出脉冲一一进行计数累计的计量方式，采用图形显示数字化网络远程传输技术从根本上对目前的技术进行改造，从而保证远传数据的可靠性。
本发明与现有技术相比较其优点是第一，图形显示数字化网络远程传输技术对计量表具当前读数的重现是直接以数字化图形信号实现的，其误差为零。第二，不需要对计量表具进行任何形式的改造，即不需要像采用现有技术那样，生产或改造带有输出脉冲功能的特殊计量表具。第三，将从根本上简化系统结构，减少工程量，节省运行费用，降低系统造价。第四，为在这一领域内实现产业化奠定技术基础
权利要求
1.计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案基本系统包括由表具(水、电、气、热等一次表具)19、数据采集模块14、光电转换模块15、模数转换模块16、数据通信模块17、图形识别模块18、控制模块20、图形显示模块21、数据通信模块22等，其中，14是以物理方式加装到19上。
2.根据权利要求书1所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是所述的数据采集模块14为采用可翻转45°的机械式折射板的光学装置和一组光学透镜。
3.根据权利要求书1、2所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的光电转换模块15为采用P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管按照互补对称形式连接起来构成的互补型MOS集成电路，简称CMOS集成电路，其光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号。
4.根据权利要求书1、2、3所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的模数转换模块16为顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、A/D转换器和电压比较器等部分组成的逐次逼近型A/D转换器。
5.根据权利要求书1、2、3、4所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的数据通信模块17为包含采用平衡驱动器和差分接收器组合的RS485通信接口的现场总线。
6.根据权利要求书1、5所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的数据通信模块17也可以采用BLUETOOTH技术，即短距离无线通信技术，在此，应符合BSIG已经提出的1.0版本的BLUETOOTH规范，
7.根据权利要求书1所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的图形识别模块18为基于WINDOWS平台的软件。
8.根据权利要求书1所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的控制模块20主要为采用磁保持继电器的停电控制器，控制的对象为电度表。
9.根据权利要求书1、7所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的图形显示模块21为基于WINDOWS平台的软件。
10.根据权利要求书1、5、7、9所述计量仪表图形显示数字化网络远程传输技术方案，其特征是是所述的数据通信模块22的物理平台可以是RS485总线，也可以是其它现场总线或LAN等物理网络。
全文摘要
本发明综合运用了光学、机械学、自动控制技术、计算机技术等多项技术,属光、机电一体化技术领域。本发明主要用于各种计量仪表的远程自动计量和收费管理,包括由表具(水、电、气、热等一次表具)、数据采集模块、光电转换模块、模数转换模块、数据通信模块、图形识别模块、控制模块20、图形显示模块等。本发明采用图形显示数字化网络远程传输技术从根本上对目前的技术进行改造,从而保证远传数据的可靠性。
文档编号G08C17/00GK1423240SQ01138768
公开日2003年6月11日 申请日期2001年12月5日 优先权日2001年12月5日
发明者周耀, 高季 申请人:周耀, 高季