专利名称：多位机械计数器防误读模数转换方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够防止误读的中介码编制方法。该方法主要用于多位十进位(或其他进位制)的机减字轮显示值转换为与其等值的二-十进制(或其他进位制)输出电子数字码过程之中，其原理也可用于其他角位移或线位移转换为等值的电子数字码过程之中。
本发明的
背景技术：
目前实际使用中的电能表、水表、煤气表等采用机械计数器作累积计量值的仪表，常使用脉冲输出来进行数据远传，但因脉冲信号易受干扰而导致现场仪表和远程读表器之间的计量累积值不一致。为避免此种现象发生，需要一种将机械计数器的显示值直接进行模数转换的方法以可远传或远方查询。
在模数转换过程中如果被转换的物理对象不能被传感器所直接接受，一般都需要引入中介物理量，即将物理对象首先转换为能被传感器所感受的光、电等信号，然后再用传感器识别。而随着数字技术的发展，上述的转换中往往采用逻辑状态编码技术，以减少转换过程中所引入的转换误差。
在将机械线位移、角位移转换为电子数字编码时，一般都不将模拟量直接转换为等值的电子数字码输出，而是采用将模拟量首先转换为—种逻辑状态的中介码，然后将该中介码用电子数字电路译为可被计算机或其他数字电路所接受的二进制输出码。之所以不直接转换而要采用中介码，是因为传感器无法准确识别处于二个状态编码交界处的数字化状态信号，而往往在交界处发生错误读取状态信号的情况。例如 交界处就可能读出从“0000”到“1111”的十六个编码中的任何一个。因此，如果在相邻二种状态交界处没有防止误读的措施，不使用中介码或采用不能防止误读的中介码的转换技术均被认为是没有实用价值的。
在将线位移或转角不超过一周的角位移进行模数转换时，通常采用格雷码1)作中介码，它是以“0”“1”二种状态字符组成的一个字符串，其特点是相邻二个码仅有处于相同位置的—个字符状态相反；而且它是一种无权码，只要保持相邻二个码只有—个字符差异的特征不变，字符串内部的编排没有本质意义(即将“0101”改为“1100”只要每个码都是相同两个字符位置互换就没有关系)，它和二-十进制数码对应也没有固定关系，只要相邻二个格雷码对应相邻二个输出码，从何处开始，往什么方向均无本质区别，防误读的特性仍然保持，仅译码器需怍相应改动。按通常资料中所载的格雷码排列及其与十进位数码之间的关系，仅是为了可以使用商品化的码盘和译码器。在本发明中所提的格雷码通常仅指相邻二个码仅有处于同一位置的一个字符状态相反的一组码，而不一定就是商品化码盘上的格雷码。
注1)格雷码是一种公开的编码技术，其特征是相邻两个码之间只有一处发生“0”和“1”字符的变化。传感器无论将该相邻的二个不同的字符识别为哪一个都能被判为该二个相邻码之一、因此格雷码在用于转角不超过360°的角位移模数信号转换时，至多只有一个分度单位的转换误差。引自U.S.A《Analog-to-Digital/Digital-to-Analog ConversionTechniqves》by David F.HoescheleJr.,。
但是若将相邻二个码只有一个处于同一位置的字符状态相反这一编码原则用在多位机械计数器数字信号转换上，当发生进位时就可能产生相当于接受进位的那个字轮的一个字误差，这在使用时显然不会被用户接受。
本发明的设计目的解决背景技术存在的下述问题首先是由于电能表、水表、煤气表等采用机械计数器作累积计量值的仪表，常使用脉冲输出来进行数据远传，但脉冲信号易受干扰而导致现场仪表和远程读表器之间的计量值累积值不一致；其次是采用上述脉冲信号或采用不能防止误读的直接模数转换技术的产品，不能适应由上而下的数据实时查询的工作要求；第三是因易受干扰或在计数器处于某些状态或在连续转动时易发生误读，转换精度不能保证。
本发明的设计方案本发明以十进位光电模数转换装置为例介绍，但是本发明的关键技术是中介码(本发明的中介码是指定义码和阻塞码)的编制，而与采用何种原理进行转换关系不大；因此，本发明所提供的技术适用于基于任何原理的使用传感器识别机械量状态信号的模数转换装置。无论传感器是使用光电(包括透光、反光和折光等)电磁、磁电、感应、电感、电容、电阻和霍尔效应等非电量到电量转换过程中都可用来使其防止误读。具体方法1采用相邻二码只有一个处于同一位置的字符状态相反的编码原则，以防止非进位二个显示值交界处的误读。2利用过渡状态的阻塞码产生阻塞或同步信号，以防止进位时发生误读。上述第1项措施在转角360°以内是通用技术，因此采用一组格雷码仅是本发明设计的一个基础，关键是第2项措施，由于阻塞码的存在使原本只能在360°以内转角上使用的格雷方式编码的中介码扩展到多位计数器上使用。其设计方案①一种用于多位机械计数器防误读模数转换方法，以环状格雷码为基础，将环状格雷码分为定义码和阻塞码，定义码对应字轮的显示数值产生与其等值的输出码，阻塞码产生供后续电子线路识别的阻塞或同步信号。定义码和阻塞码均是“0”和“1”二个状态字符构成的字符串且各码所用的字符个数相同，相邻二码之间只有一个处于同一位置的字符状态相反，本发明将具有如此特征的一组码称为一组格雷码，该组格雷码呈环状，即其首尾二码电按相邻二码要求，也只有一个处于同一位置的字符状态相反。每个定义码只与字轮的某个显示数字相对应，而每个显示数字允许有多个定义码相对应，阻塞码必须是和定义码不同的码，阻塞码与阻塞码之间则可允许相同。只要保持字轮显示数字的相邻关系，以及定义码之间的相邻关系不破坏，其定义码与显示数字之间的对应关系可任意确定，在字轮为首和接尾的二个显示数字(对十进位字轮而言，即是显示数字“0”和“9”)之间插入所确定的阻塞码，且保持该组环状格雷码的各码间相邻关系不破坏。②一种用于多位机械计数器防误读模数转换装置，它由传感器读取标识带的状态信号来判断字轮当前显示数字，通过译码器将其译为输出码或产生阻塞或同步信号，标识带上的状态信号是依据由一组定义码和阻塞码来标识的，定义码与字轮的显示数字相对应，阻塞码产生供后续电子线路识别的阻塞或同步信号。定义码和阻塞码标识在标识带上，标识带以机械结构保证其与计数器的字轮同步转动，字轮的每一显示数字有一个长度基本一致的标识区与之对应，该标识区的状态信号表示一个或数个与该显示数字对应的定义码。在字轮末尾数字和起始数字(对十进制字轮来说是9和0)这二个显示数字相应的标识区之间插入一个或数个阻塞码与之对应，在发生进位时由阻塞码通过译码器产生阻塞或同步信号，再由后续电子线路加以防误读处理。阻塞码所对应的标识带过渡区中，每个阻塞码相应识别信号所占的长度不小于所选用的传感器能识别的最小长度，对于双向使用的机械计数器，所述的过渡区位于字轮首尾数字对应的标识区分界线二侧，而单向使用的机械计数器则过渡区可仅占用为首的字对应的标识区一侧。
本发明的技术措施是选取一组格雷码，其码的数量大于相应那个字轮上显示数字的个数，且首尾二码也按通常相邻二码要求，即只有一个处于相同位置的字符状态相反。将该组格雷码划分为二个部分，那些与显示数字对应的码称定义码，而在该字轮末尾和为首的二个数字(如9→0它们在字轮上也是相邻的)对应的区域之间设置一个过渡段，在该段内安排1～4个与定义码不发生重复的阻塞码，以产生阻塞或同步信号。阻塞码的数量由保证该组格雷码的首尾也能保证相邻二码只有一个处于相同位置的字符状态相反这一设计要求而定(即该组格雷码呈“环”状)。
当字轮处于正常显示数的位置时，传感器在该显示数对应的状态标识区(见附
图1)上读取的是与该显示数对应的定义码，通过译码器即可将其译为可以被计算机或其他数字电路所接受的二进制输出码。如果末位字轮处于除首尾二个显示数字之外的任何二个数字的交界处，则由于其对应的二个相邻中介码只有一个处于同一位置的字符状态相反，此时传感器读取的必定是与该二显示数所对应的定义码之一，因此通过译码器所得的二进制输出码至多只有与该末位字轮的一个字的差异。如果末位字轮处于首尾二个显示数字的交界处，此时的机械计数器必定处于进位或退位状态。传感器所读取到相应的状态信号必定是阻塞码；由译码器发生阻塞或同步信号，指示后面的数据寄存器保持原存的数据不变或提前进位(或退位)到下一个输出数据。因此在末位字轮处于首尾交界处时，输出码也至多只与机械计数器显示值相差相当于末位字轮的一个字。
显然当前面一个或多个字轮处于二个显示值的交界处时，无论该交界处是该字轮的首尾交界还是其池二个相邻数的交界，此时末位字轮必定处于首尾交界处，其传感器也必定读到阻塞码。由于该阻塞码的作用在交界过程中数据寄存器内容将保持不变或提前进位。所以输出码也至多只与机械计数器显示值相差相当于末位字轮的一个字。
综上所述，利用本发明编制中介码所构成的机械计数器模数转换装置的转换精度能保证输出的二进制码和机械计数器显示值之间的差异至多只相当于末位字轮的一个字。
在机械计数器显示值处于二值交界处，尤其是发生在进位状态有多个字轮的显示数字处于变化过程中，该中介码可避免错误地读取机械显示值，使输出的电子数码值与机械显示值至多只在机械计数器最低一位字轮上有一个字的差异，即使机械计数器最低几位的字轮处于几乎连续转动的情况下也能保证该性能。
本发明与背景技术相比，一是在电能表、水表、煤气表等采用机械计数器作累积计量值的仪表中采用本专利提供技术来进行数据远传或远方查询，可以保证现场仪表和远程读表器之间的计量累积值一致同步；二是采用本发明的计量仪表产品，可以适应由上而下进行数据的实时查询的工作方式；三是采用本发明的计量仪表产品，在机械计数器显示值处于二值交界处，尤其是发生在进位状态有多个字轮的显示数字处于变化过程中，输出的电子数码值与机械显示值至多只在机械计数器最低一位字轮上有一个字的差异，即使机械计数器最低几位的字轮处于几乎连续转动的情况下也能保证该性能。
附图及附表说明图1是多位机械计数器防误读模数转换装置结构框图和工作流程。
图2是通常的格雷码卡诺图。
图3是以前十个通常的格雷码组成十进位字轮的中介码的卡诺图(图中“9”“8”二码为阻塞码)。
图4是具有四标识带四传感器的(1位数字轮)转换装置示意图。
图5是相邻二码只有一个处于同一位置的字符状态相反的标识带示意图。
附表1是使用前几个通常的格雷码构成十进位、十二进位计数器中介码的例子。
附表2是可构成十进位计数器中介码的“环”状格雷码的例子(在表中各码均不相同，可以任意指定其中1～2个码为阻塞码)。
结合附图及附表对本发明作以叙述。
在没有其它特定约束的条件下，要找到一组格雷码并不困难，尤其是十进位、十二进位和十六进位的字轮所需的格雷码。附图2即是商品化码盘上所用的格雷码的前十六个码的卡诺图。在附图2中每个码均以它对应权码表示，即假设传感器G1、G2、G3、G4所读取的状态信号分别有权8、4、2、1而构成的十进位数字；由于格雷码本质上是无权的，因此这种写法仅是为了表述上的方便，并无其他含义。从图上可明显看出相邻二码在图上也是相邻的而且该十六码首尾相接。因此只要在卡诺图上按相邻关系任意找出一组首尾相接且所含码的数目大于字轮上的显示数即可构成本发明所需的格雷码。附图3及附表1中列出了以前十个通常的格雷码构成十进位计数器字轮的中介码。在附表2中还列出了其他十进位制中介码的例子。
由于格雷码是无权的，因此本说明书所列的传感器编号，对每个传感器所赋的权值均仅为了表述上的方便，并非必需如此编号和赋权。而所选的作为中介码的那组格雷码本身并无特定的首尾，因此表中所列与输出码的关系也非唯一，可以任意选择首尾以及格雷码的排列方向。此时并不影响中介码的功能，仅译码器需作相应的修改。
阻塞码一般安排在字轮的首尾交界相应的标识区。对单向计数器，阻塞码马通常占用字轮为首的那个数字相应的标识区；对双向计数器，阻塞码通常安排在字轮首尾相应的标识区交界线的二侧，分别占用字轮为首和接尾的相应标识区。由于其他的技术原因，例如由于传感器所能鉴别的标识带的最小长度过长，为不使首尾交界处的阻塞时间过长，除了字轮首尾交界处外，必要时也可以将多余的阻塞码安排在字轮其他相邻数字的标识区的交界处；这种安排虽然会引起不必要的阻塞或同步，但并不影响模数转换装置的实际使用。在码盘尺寸允许的情况下，也可将某些只出现一次且不在字轮首尾的阻塞码转为定义码，此时便可不出现不必要的阻塞，而在首尾交界处又不至于有过长的阻塞时间。在附表1中以前十几个通常的格雷码进行上述处理的例子。采用上述处理，机械计数器字轮的各显示数字所对应的标识区大多是相等长度，无论该际识区内是一个还是几个定义码；但是若该数字的标识区也安排了阻塞码，则阻塞码要占用其标识区的长度，每个阻塞码的标识长度一般与传感器所能鉴别的最小长度相等。
如上所述，本发明的技术关键是选择一组首尾相接呈“环”状的格雷码，根据需要将其划分为定义码和阻塞码。使原本只能在转角小于360°角位移或线位移的格雷码防误读的技术推广应用到多位机械计数器。对于十进位，十二进位和六十进位的机械计数器，由于其每个字轮所需的输出码不超过60个，因此很容易用前面的几十个通常的格雷码或在卡诺图上任取一组呈“环”状的格雷码作为所需中介码的设计基础。附表1、附表2和附图2、附图3只是列举了几个常用的例子。将一组格雷码用作一个转换器的中介码时，首先应判断哪个码可作阻塞码，只要该码在组中只出现一次，它既可以作为定义码也可以作阻塞码，但该码若出现二次或二次以上则只能作为阻塞码。只要保证字轮首尾的显示数字之间有阻塞码，格雷码之间的相邻关系不被破坏，中介码与输出码的对应关系则可任意选择。
根据使用该机械计数器的仪器仪表的技术特点，选择光电、电磁、磁电、感应、电感、电容、电阻或霍尔效应传感器及相应的标识带，这与360°度转角以内的格雷码模数转换器并无本质区别，仅中介码到电信号输出码的译码器有所不同，它除了输出电信号输出码之外，在读到阻塞码时，还应发出阻塞或同步信号以供后续电路作相应的处理，保证转换精度。其工作原理及结构框图见附图1。附表1使用前几个通常的格雷码构成十进位、十二进位计数器中介码的例子
附表2可构成十进位计数器中介码的“环”状格雷码的例子
权利要求
1.一种用于多位机械计数器防误读模数转换方法，其特征是以环状格雷码为基础，将环状格雷码分为定义码和阻塞码，定义码对应字轮的显示数值产生与该显示数值等值的输出码，阻塞码产生供后续电子线路识别的阻塞或同步信号。
2.根据权利要求1所述的用于多位机械计数器防误读模数转换方法，其特征是定义码和阻塞码均是“0”和“1”二个状态字符构成的字符串且各码所用的字符个数相同，相邻二码之间只有一个处于同一位置的字符状态相反，将具有如此特征的一组码称为一组格雷码，该组格雷码呈环状，即其首尾两码也按相邻二码要求，只有一个处于同一位置的字符状态相反。
3.根据权利要求1所述的用于多位机械计数器防误读模数转换方法，其特征是每个定义码只与字轮的某个显示数字相对应，而每个显示数字允许有多个定义码相对应，阻塞码必须是和定义码不同的码，阻塞码与阻塞码之间允许相同。
4.根据权利要求2所述的用于多位计机械计数器防误读模数转换方法，其特征是只要保持字轮显示数字的相邻关系，以及定义码之间的相邻关系不破坏，其定义码与显示数字之间的对应关系可任意确定，在字轮为首和接尾的二个显示数字(对十进位字轮而言，即是显示数字“9”和“0”)之间插入所确定的阻塞码，且保持该组环状格雷码的各码间相邻关系不破坏。
5.一种用于多位机械计数器防误读模数转换装置，它由传感器读取标识带的状态信号来判断字轮当前显示数字，通过译码器将其译为输出码或产生阻塞或同步信号，其特征是标识带上的状态信号是依据由一组由定义码和阻塞码构成的环状格雷码来标识的，定义码与字轮的显示数字相对应，阻塞码产生供后续电子线路识别的阻塞或同步信号。
6.根据权利要求5所述的用于多位机械计数器防误读模数转换装置，其特征是定义码和阻塞码标识在标识带上，标识带以机械结构保证其与计数器的字轮同步转动，字轮的每一显示数字有一个长度基本一致的标识区与之对应，该标识区的状态信号表示一个或数个与该显示数字对应的定义码。
7.根据权利要求5所述的用于多位机械计数器防误读模数转换装置，其特征是在字轮末尾数字和起始数字(对十进制字轮来说是“9”和“0”)这二个显示数字相应的标识区之间插入一个或数个阻塞码与之对应，在发生进位时由阻塞码通过译码器产生阻塞或同步信号，再由后续电子线路加以防误读处理。
8.根据权利要求7所述的用于多位机械计数器防误读模数转换装置，其特征是阻塞码所对应的标识带过渡区中，每个阻塞码相应识别信号所占的长度不小于所选用的传感器能识别的最小长度。对于双向使用的机械计数器，所述的过渡区位于字轮首尾数字对应的标识区分界线二侧，而对单向使用的机械计数器则过渡区可仅占用为首的字对应的标识区一侧。
全文摘要
本发明涉及一种能够防止误读的中介码编码方法及使用该类中介码的多位机械计数器显示值转换为等值电信号输出码的转换装置,主要用于多位机械计数器显示值转换为电子数字输出码的过程之中,但也可以用于其他线位移或角位移模拟→数字信息转换的过程中。特点:利用某些中介码产生阻塞信号,以使原本只能在转角不超过360°的角位移或线位移作模数转换的格雷码防误读技术推广应用到多位机械计数器的模数转换。具体地说:将中介码分为与输出码对应的定义码和不与输出码对应的阻塞码,以阻塞码产生阻塞或同步信号来防止进位时发生误读,保证转换误差不超过末位字轮的一个字。
文档编号G01D13/00GK1318738SQ0110458
公开日2001年10月24日 申请日期2001年2月18日 优先权日2001年2月18日
发明者盛泉根 申请人:华立集团股份有限公司