专利名称：一种计量表数据自动采集、远传与处理系统及方法
一种计量表数据自动采集、远传与处理系统及方法
技术领域：
本发明涉及电子技术信息与仪器仪表技术领域，具体的说是一种水、电、气、热量等计量表数据自动采集、远传与处理系统及方法。
背景技术：
目前，水、电、气、热量数据的采集大多采用人工或半人工的抄表模式，在数据的自动米集、远传方面存在一些技术缺陷。于80年代由美国人研制成功并传入我国的手持式抄表器，初期由于体积庞大、价格昂贵等原因未能得到推广。1986年后我国所研制的国产抄表器，由于与早期的读卡器相比具有明显优势，因而于以后的7、8年中获得迅速推广和普及。然而这些抄表器在经历了基于脉冲式远传表的抄表系统和基于直读式远传表的抄表系统后，始终由于成本高、技术复杂、不能自动远传等各自的一些缺陷而未能满足实际需求。以远传水表为例，我国自八十年代研发至今，大体分为脉冲式，摄像式和直读式三大类，其中，脉冲式远传水表结构比较简单，但误差大，数据容易丢失；摄像直读式水表读数准确，数据不易丢失，但需 进行图像处理、图像传输和译码传输，技术较复杂，导致可靠性下降，安装成本和运行成本也较高，难以推广；计数直读式水表为满足多位直读的需要，结构也较复杂，同时有的传感器需要使用电池，而电池寿命有限，更换不方便；有的需要自行组网，成本很高。上述这些远传水表的数据传输距离也很有限，在全自动远传方面，至今一直未能突破瓶颈，因此依托于这三类表而研制的远程抄表系统，目前仍未能获得推广。电、气、热量表数据的采集与远传状况与远传水表类似。
发明内容本发明的目的在于提供一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，它对传统计量表以一位直读方式进行数据采集；并基于手机短信平台实现数据远传；用远程服务器工作软件获得计量表完整、可靠的数据。它能克服现有各类远传表的上述技术缺陷，实现传统计量表数据的自动采集与远传，而无需人工或半人工抄表。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:—种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述系统包括传统计量仪表、一位直读式传感器、基于手机短信平台的集射器以及具有短信接发送装置的远程服务器；所述传统计量表上设有一位直读式传感器；所述一位直读式传感器内设有一位直读结构，仅对抄表数据中最小计量单位所对应的一位进行直读；所述基于手机短信平台的集射器内设有手机短信平台部件、短信平台接口电路、单片机电路与时钟定时器，所述手机短信平台部件由包括手机矩阵式按键电路在内的手机硬、软件构成；所述具短信接发送装置的远程服务器上装有解码处理软件；所述单片机电路的总线输出端连接上述一位直读式传感器的总线输入端，所述短信平台接口电路的公共输入线连接上述一位直读式传感器的数据输出线，所述手机短信平台部件与远程服务器无线连接。所述系统的基本组成如图1所示。所述一位直读式传感器的特征是:对传统计量表的计数系统，仅选择抄表数据中最小计量单位所对应的一位作为直读位，见图2 (a)、图2 (b);该传感器用于传统计量表的一种结构是:如图4 Ca)所示，在计数齿轮组固定面板上方的直读位指针式计数轮轴上，紧固设置一个下耦合轮；对应此下耦合轮的上方，计量表玻璃面板的上表面设有一编码轮，该编码轮的下端圆柱面上设有一个上耦合轮；上、下两个耦合轮相对的端面上均设有磁铁构成磁稱合传动机构，所述直读位的指针式计数轮轴经所述磁稱合传动机构驱动编码轮；所述编码轮的侧旁等距离位置设有若干反射式光耦元件，所述反射式光耦元件固定安装在传感器电路板上。所述传感器用于传统计量表的另一种结构是:如图4 (b)所示，计量表机械计数器中，所述直读位的计数轮与轴之间改设为紧固结合；计数轮轴紧固加长；编码轮紧固设置于所述计数轮轴的延长部分上；直读位计数轮经所述计数轮轴及其延长部分传动编码轮；所述编码轮的侧旁等距离位置设有若干反射式光耦元件，所述反射式光耦元件固定安装在传感器电路板上。上述编码轮的结构是:一个圆柱体的侧面设有按循环码格雷规律绘制的图案；该图案由两种颜色的方块排布构成，一种颜色对上述反射式光耦元件中发光管所发波长的光具强反射能力，另一种颜色对上述反射式光耦元件中发光管所发波长的光具弱反射能力；本发明所定义的循环码格雷规律编码表见表I ;所述编码轮侧面展平图见图4 (C)。所述传感器电路板中单片机STM8103的I至3端经过一个通讯接口元件RS485，以总线方式连接集射器内的另一个通讯接口元件RS485 ;所述单片机的16至19端经四个等值的电阻以及一个JP Head 4跳线连接所述反射式光耦元件中发光管L1、L2、L3、L4的正端，上述发光管的负端均接地；所述反射式光耦元件中光敏管V1、V2、V3、V4的负端接电源正极Vcc，正端分别连接二极管Dl、D2、D3、D4的正极；上述二极管的负极引出数据输出线Kxzl-Kxz4，分别连接集射器的公共输入线Kxzl-Kxz4 ;所述单片机的10至15端分别各经一个阻值为100欧姆的电阻接地，20端经一个阻值为IK的电阻连接一个发光二极管LED的正极，所述LED的负极接地，8端经一个0.47 μ f的电容接地，4端经一个阻值为IOK的电阻接电源正极Vcc，同时4端又经一个容量为103的电容接地；所述单片机的9端接电源正极Vcc，7端接地；上述一位直读式传感器电路亦可选用EPSON系列单片机或PIC单片机或等效型号的单片机来实现。所述基于手机短信平台的集射器内设有手机短信平台部件、短信平台接口电路、单片机电路与时钟定时器，所述手机短信平台部件由包括手机矩阵式按键电路在内的手机硬、软件构成；见图6 U)、图6 (b)。所述基于手机短信平台的集射器内单片机STM8103的I至3端经过一个通讯接口元件RS485，以总线方式连接一位直读式传感器内的另一个通讯接口元件RS485 ;所述单片机的10端连接时钟定时器，12至19端经过两个JP head 4跳线分别连接所述短信平台接口电路中光耦元件中发光管L5、L6、...、L12的正端，发光管的负端均接地；所述光耦元件
中光敏管V5、V6.....Vll的正端，分别连接所述手机矩阵式按键电路中的A、A、B、C、A、B、
C引线，上述光敏管负端分别连接所述手机矩阵式按键电路中的a、b、b、b、c、c、c引线；所述单片机的20端经一个阻值为IK的电阻连接一个发光二极管LED的正极，所述LED的负极接地；所述单片机的8端经一个.0.47 μ f的电容接地，4端经一个阻值为IOK的电阻接电源正极Vcc，同时4端又经一个容量为103的电容接地；所述单片机的9端接电源正极Vcc，7端接地，参见图6 (a)与图6 (c);上述集射器内单片机电路亦可选用EPSON系列单片机或PIC单片机或等效型号的单片机来实现。该计量表数据自动采集、远传与处理系统的方法，其特征在于，所述的方法包括集射器内单片机的时序控制方法、远程服务器的软件解码处理方法及系统初始化方法；上述方法协同配合，使所述系统在远程服务器上获得计量表完整、可靠的数据。所述集射器内单片机的时序控制方法是:所述单片机在工作周期T内运行内设程
序发出时序控制信号，如图7所示，依次进入各子周期T1、T2.....Τη，呼唤各下属传感器进
行数据采集，并控制手机短信平台接口电路操作手机按键，完成短信息的输入和发送操作；所述集射器与传感器的内、外信息流向见图3 (a)、图3 (b)。所述远程服务器的软件解码处理方法是:所述解码处理软件根据本发明所定义的循环码格雷规律编码表、手机矩阵式键盘的按键使用意义、短信息的格式定义以及计量表的初始化数据项表，对含有一位直读数据的短信息进行解码处理，获取计量表的完整、可靠数据；所述解码处理软件的高层结构参见图8。所述系统初始化方法包括系统初次安装时的若干项实施步骤，通过这些步骤，使所述系统的传感器、集射器和远程服务器解码处理软件均处于所需的初始工作状态。本发明与现有远程抄表系统相比具有以下实质性的特点和优点:①由于仅作一位直读，同时采用远程服务器工作软件进行解码与处理，因此传感器与集射器的机电结构被大大简化，同时又能够获得计量表的完整、可靠的数据。②由于采用手机短信方式实现了数据远传，故完全克服了人工和半人工抄表的缺陷。 ③由于编码轮按循环码格雷规律绘制，故不会产生乱码现象。④系统整体结构简单，安装方便，制造和运行成本都较低，能广泛推广应用于民用、商业、事业部门以及工厂矿山，使大量基础能耗数据得以自动进入电脑获得及时的监测与处理。
图1是计量表数据自动采集、远传与处理系统的基本组成图；图2 (a)是水表的一位直读方式示意图；图2 (b)是电表的一位直读方式示意图；图3 (a)是传感器信息流图；图3 (b)是集射器彳目息流图；图4 (a)是水表传感器的一位直读结构示意图；图4 (b)是电表传感器的一位直读结构示意图；图4 (C)是编码轮圆柱体侧面展平图；图5是传感器电路原理图；图6 (a)是集射器电路原理图之一；图6 (b)是集射器电路原理图之二；
图6 (C)是手机矩阵式按键电路示意图；图7是远传表工作时序图；图8是服务器工作软件结构图。上述附图中:1.直读位；2.指针式计数轮轴；3.下耦合轮；4.磁耦合；5.上耦合轮；6.编码轮；7.反射式光耦元件；8.传感器电路板；9.玻璃面板；10.固定面板；11.计数齿轮组；12.机械计数器；13.计数轮轴延长部分；14.编码轮侧面展平图；15.圆柱体；16.手机矩阵式按键电路；其中，每个同心圆的外圆圆周对应触点负端，黑色内圆对应触点正端。SS—集射器内单片机发出的检测序列信号序列；KJO——手机功能键控制信号；KJl——手机数字键I的控制信号；KJ2——手机数字键2的控制信号；KJ3——手机数字键3的控制信号；KJ4——手机数字键4的控制信号；KJ5——手机数字键5的控制信号；KJ6——手机数字键6的控制信号；Kxzl——传感器反射式光耦中光敏管Vl的输出信号；Kxz2——传感器反射式光耦中光敏管V2的输出信号；Κχζ3——传感器反射式光耦中光敏管V3的输出信号；Κχζ4——传感器反射式光耦中光敏管V4的输出信号；Tl、Τ2........Tn——依次为集射器各下属传感器完成数据采集、集射器接收
输入数据并完成短信输入的子周期。
具体实施方式本发明中一位直读式传感器结构的两个优先实施例分别运用于传统水表与电表。用于传统水表的一种一位直读结构是:如图4 (a)所示，在所述传统计量表计数齿轮组(11)固定面板(10)上方的直读位(I)指针式计数轮轴(2)上，紧固设置一个下耦合轮
(3);对应此下耦合轮(3)的上方，水表玻璃面板(9)的上表面设有一编码轮(6)，该编码轮
(6)的下端圆柱面上设有一个上耦合轮(5);上、下两个耦合轮相对的端面上均设有磁铁构成磁稱合(4 )传动机构,所述直读位(I)的指针式计数轮轴(2 )经所述磁稱合(4 )传动机构传动编码轮(6);所述编码轮(6)的侧旁等距离位置设有四个反射式光耦元件(7)，所述反射式光耦元件(7)固定安装在传感器电路板(8)上。用于传统电表的一种一位直读结构是:如图4 (b)所不,在所述传统计量表的机械计数器(12)中，所述直读位(I)的计数轮与轴之间改设为紧固结合；所述机械计数器(12)的计数轮轴紧固加长；编码轮(6)紧固设置于所述计数轮轴延长部分(13)上；直读位(I)计数轮经计数轮轴及其延长部分传动编码轮(6);所述编码轮(6)的侧旁等距离位置设有四个反射式光耦元件(7)，所述反射式光耦元件(7)固定安装在传感器电路板(8)上。
用于传统气表和热量表的实施例与电表类似。上述编码轮(6)的结构是:一个圆柱体(15)的侧面设有按循环码格雷规律绘制的图案，该图案由两种颜色的方块排布构成，一种颜色对上述反射式光耦元件(7)中发光管所发波长的光具强反射能力，另一种颜色对上述反射式光耦元件(7)中发光管所发波长的光具弱反射能力。本发明所定义的循环码格雷规律编码表见表I ;所述编码轮侧面展平图
(14)见图 4 (C)。表1本发明所定义的循环码格雷规律编码表
权利要求
1.一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于所述系统包括传统计量仪表、一位直读式传感器、基于手机短信平台的集射器及具有短信接发送装置的远程服务器；所述传统计量表上设有一位直读式传感器；所述一位直读式传感器内设有一位直读结构，仅对抄表数据中最小计量单位所对应的一位进行直读；所述基于手机短信平台的集射器内设有手机短信平台部件、短信平台接口电路、单片机电路与时钟定时器，所述手机短信平台部件由包括手机矩阵式按键电路(16)在内的手机硬、软件构成；所述具短信接发送装置的远程服务器上装有解码处理软件；所述单片机电路的总线输出端连接上述一位直读式传感器的总线输入端，所述短信平台接口电路的公共输入线连接上述一位直读式传感器的数据输出线，所述手机短信平台部件与远程服务器无线连接。
2.如权利要求1所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述一位直读式传感器的一种结构是:在所述传统计量表计数齿轮组(11)固定面板(10)上方的直读位(I)指针式计数轮轴(2)上，紧固设置一个下耦合轮(3);对应此下耦合轮(3)的上方，计量表玻璃面板(9)的上表面设有一编码轮(6)，该编码轮(6)的下端圆柱面上设有一个上耦合轮(5);上、下两个耦合轮相对的端面上均设有磁铁构成磁耦合(4)传动机构，所述直读位(I)的指针式计数轮轴(2)经所述磁耦合(4)传动机构传动编码轮(6);所述编码轮(6)的侧旁等距离位置设有若干反射式光耦元件(7)，所述反射式光耦元件(7)固定安装在传感器电路板(8)上 。
3.如权利要求1所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述一位直读式传感器的另一种结构是:在所述传统计量表的机械计数器(12)中，所述直读位(O的计数轮与轴之间改设为紧固结合；所述机械计数器(12)的计数轮轴紧固加长；编码轮(6)紧固设置于所述计数轮轴延长部分(13)上；直读位(I)计数轮经计数轮轴及其延长部分传动编码轮(6);所述编码轮(6)的侧旁等距离位置设有若干反射式光耦元件(7)，所述反射式光耦元件(7)固定安装在传感器电路板(8)上。
4.如权利要求2或3所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于所述编码轮(6)的结构是:一个圆柱体(15)的侧面设有按循环码格雷规律绘制的图案，该图案由两种颜色的方块排布构成，一种颜色对上述反射式光稱兀件(7)中发光管所发波长的光具强反射能力，另一种颜色对上述反射式光耦元件(7)中发光管所发波长的光具弱反射能力。
5.如权利要求2或3所述的一种有关计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述传感器电路板(8)中单片机STM8103的I至3端经过一个通讯接口元件，以总线方式连接集射器内的另一个通讯接口元件；所述单片机的16至19端经四个等值的电阻以及一个JP Head 4跳线连接所述反射式光耦元件(7)中发光管L1、L2、L3、L4的正端，上述发光管的负端均接地；所述反射式光耦元件(7)中光敏管V1、V2、V3、V4的负端接电源正极Vcc，正端分别连接二极管D1、D2、D3、D4的正极；上述二极管的负极引出数据输出线Kxzl-Kxz4,分别连接集射器的公共输入线Kxzl-Kxz4 ;所述单片机的10至15端分别各经一个阻值为100欧姆的电阻接地，20端经一个阻值为IK的电阻连接一个发光二极管LED的正极，所述LED的负极接地；所述单片机的8端经一个0.47 μ f的电容接地，4端经一个阻值为IOK的电阻接电源正极Vcc，同时4端又经一个容量为103的电容接地；所述单片机的9端接电源正极Vcc，7端接地；上述一位直读式传感器电路亦可选用EPSON系列单片机或PIC单片机或等效型号的单片机来实现。
6.如权利要求1所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述基于手机短信平台的集射器内单片机STM8103的I至3端经过一个通讯接口元件，以总线方式连接一位直读式传感器内的另一个通讯接口元件；12至19端经过两个JP head 4跳线分别连接所述短信平台接口电路中光耦元件中发光管L5、L6.....L12的正端，发光管的 负端均接地；所述光耦元件中光敏管V5、V6.....Vll的正端，分别连接所述手机矩阵式按键电路(16)中的A、A、B、C、A、B、C引线，上述光敏管负端分别连接所述手机矩阵式按键电路(16)中的a、b、b、b、c、c、c引线，控制手机功能键Q和数字键1、2、3、4、5、6的开合，实现短信功能操作以及传感器ID编号地址的短信输入；所述集射器内单片机STM8103的10端连接时钟定时器，20端经一个阻值为IK的电阻连接一个发光二极管LED的正极，所述LED的负极接地；所述单片机的8端经一个0.47 μ f的电容接地，4端经一个阻值为IOK的电阻接电源正极Vcc，同时4端又经一个容量为103的电容接地；所述单片机的9端接电源正极Vcc，7端接地；上述集射器内单片机电路亦可选用EPSON系列单片机或PIC单片机或等效型号的单片机来实现。
7.如权利要求1或6所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统，其特征在于，所述基于手机短信平台的集射器内短信平台接口电路包括光耦元件、四运放集成电路、JPhead 4跳线；所述四运放集成电路的正端设有四根公共输入线Kxzl_Kxz4,分别连接一位直读式传感器的数据输出线Kxzl-Kxz4，负端分别连接所述短信平台接口电路光耦元件中发光管L13、L14、L15、L16的正端，上述发光管L13、L14、L15、L16的负端均接地；所述光耦元件中光敏管V13、V14、V15、V16的负端分别连接所述手机矩阵式按键电路(16)中的d、d、d、e引线，正端分别连接所述手机矩阵式按键电路(16)中的A、B、C、B引线，控制手机数字键7、8、9、0按所述传感器的输出数据值实现开合，实现所述传感器采集数据的短信输入；所述集射器内短信平台接口电路中所采用的光耦元件亦可由继电器来替代。
8.—种如权利要求1所述的计量表数据自动采集、远传与处理系统的方法，其特征在于，所述方法包括集射器内单片机的时序控制方法、远程服务器的软件解码处理方法及系统初始化方法，上述方法协同配合，使所述系统在远程服务器上获得计量表完整、可靠的数据；所述集射器内单片机的时序控制方法是:所述单片机在工作周期T内运行内设程序发出时序控制信号，依次进入各子周期T1、T2.....Τη，呼唤各下属传感器进行数据采集，并控制手机短信平台接口电路操作手机按键，完成短信息的输入和发送操作；在!1子周期开始时，集射器内单片机发出时序信号KJ0，操作手机矩阵式按键中的功能键使手机短信平台进入短信输入状态；在接着所进入的各子周期Tl、Τ2......Tn中，所述集射器内单片机发出各下属一位直读式传感器的巡回检测信号序列SS，由各下属一位直读式传感器内单片机匹配识别所述信号序列SS中的呼唤信号，控制内部反射式光耦元件(7)进行一位数据直读；所述集射器内单片机发出对手机矩阵式按键电路(16)的控制信号KJ1-KJ6，控制手机数字键1、2、3、4、5、6按序组合实现两个对应数字键的开合，形成相应下属一位直读式传感器的两位ID编号地址并输入手机短信平台；集射器内短信平台接口电路接收来自所述一位直读式传感器的数据码信息ΚΧΖ1、ΚΧΖ2、ΚΧΖ3、ΚΧΖ4，控制手机数字键7、8、9、0的开合，将所述数据码信息Kxzl至Κχζ4转换为数字7或8或9或O并输入手机短信平台；当最后一个子周期Tn结束时，所述集射器内单片机再次发出时序信号KJ0，操作手机功能键完成短信的发送；上述过程，在所述时钟定时器周期性启动信号的触发下，按预设时间周期自动循环进行；所述手机数字键0、1.....9的使用意义亦可另作定义，或使用手机字符来替代；上述时序亦可通过短信息的其它格式定义来重新设定。
9.如权利要求8所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统的方法，其特征在于所述远程服务器的软件解码处理方法包括:预存所定义的循环码格雷规律编码表、手机矩阵式键盘(16)的按键使用意义、短信息的格式定义以及计量表的初始化数据项表数据；采用短信接发送装置接收各集射器发送的大量短信息加以存储；对所接收的短信息作解码处理并获得各计量表的完整读数；存储解码处理所得的基本数据供各相关部门作进一步处理。
10.如权利要求8所述的一种计量表数据自动采集、远传与处理系统的方法，其特征在于所述系统初始化方法包括:调整一位直读式传感器的编码轮角度，使与计量表直读位的原有计数一致；将计量表的初始计数值设置到远程服务器的相关数据库记录中；通过远程服务器所连接的短信接发送装置，使所述各集射器获得向远程服务器发送短信的目标地址；将所述各集射器内的手机短信平台部件设置为短信回复状态，短信输入方式设置为数字；所述短信输入方式亦 可设置为字符方式，并重新定义手机矩阵式键盘的按键使用意义。
全文摘要
本发明涉及电子技术信息与仪器仪表技术领域，具体是一种有关计量表数据自动采集、远传、处理的系统及方法，其特征在于在传统计量表上设置一位直读式传感器，以一位直读方式进行数据采集；在集射器内设置手机短信平台部件、短信平台接口电路、单片机与时钟定时器，以总线或公共线方式连接下属一位直读式传感器，以手机短信方式实现数据远传；在远程服务器上安装工作软件，对含有一位直读数据的短信息进行解码处理，获得计量表的准确完整数据。所述系统在水、电、气、热量表的实施例中获得良好效果，可以推广应用于民用、商业、事业以及工厂矿山等部门的旧表改造或新表安装工程中，使大量基础能耗数据获得自动采集、远传和及时监测与管理。
文档编号H04W4/14GK103116970SQ201310056160
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月21日 优先权日2013年2月21日
发明者郑天祯 申请人:上海宇迈智能科技有限公司