专利名称：：表具用光电直读读数器的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种读数器，具体地说，是涉及一种应用于水、电、气等表具的光电直读读数器。
背景技术：
：随着科技的不断提高，居民社区逐渐向智能化、数字化方向发展，近年来，远程抄表越来越多地被应用到居民社区中。目前，大多数表具集抄系统中使用的远传表具是脉冲式的，需要电源持续供电。而且，根据对现有直读表具的调研，目前的直读表具大多可以做到正位数字读取或单个字轮的数字读取，但是，在字轮由低向高进位时，这些表具就不能读取到正确的数字了。由此可见，研制出一种可以准确读取进位状态时数字位置的表具直读读数器件是目前急需解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种表具用光电直读读数器，该光电直读读数器可解决字轮进位过程中的容错问题，提高表具读数准确性。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案一种表具用光电直读读数器，其特征在于它包括形成一凹槽的器件骨架，在该器件骨架形成的凹槽内设有一横轴，该横轴上均匀设有多个字轮，每个字轮上设有取光构件，该取光构件旁设有与单片机相连的多对光电器件。所述取光构件为反射黑白片，该反射黑白片设于所述字轮上与所述横轴垂直的平面的中心部分，该反射黑白片上设有多个相间的黑白区域，所述一对光电器件为一反射型光电耦合器，该光电耦合器的光电发光管和光电接收管封装在一起并设于反射黑白片的同一侧，该光电接收管用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经反射黑白片后射回的光线。所述光电器件共设有五对，该五对光电器件位于同一圆周上，所述反射黑白片共设有两个黑区域和两个白区域，五对光电器件用于产生由0和1组成的五位编码，该四个区域和五对光电器件的组合用于字轮旋转过程中产生20个各不相同的编码，所述字轮上的每个数字对应两个编码。实际中，位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔为72。，所述黑白区域为扇形区域，所述黑白区域的对应圆心角依次为119°、129°、54°和58°。所述取光构件为透孔槽，该透孔槽设于所述字轮上与所述横轴垂直的平面的中心部分，该透孔槽上开设有多个条弧状透孔，所述一对光电器件为一光电发光管和一光电接收管，每对光电器件中的光电发光管和光电接收管分别对应开设的透孔所在的圆周而相应设于透孔槽的两侧，该光电接收管用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经透孔穿射过的光线。所述光电器件共设有五对，该五对光电器件位于同一圆周上，所述透孔槽共设有位于同一圆周上的两个条弧状透孔，该两个条弧状透孔之间相隔一段距离，五对光电器件用于产生由0和l组成的五位编码，该两个条弧状透孔和五对光电器件的组合用于字轮旋转过程中产生20个各不相同的编码，所述字轮上的每个数字对应两个编码。实际中，位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔为72°，所述两个条弧状透孔为扇形形状，所述两个条弧状透孔的对应圆心角分别为129°、58°，所述两个条弧状透孔的圆心角间距为54°。本实用新型的优点是1、本实用新型光电直读读数器可由单片机控制，在读数时加电即可，平时无需加电，功耗低。2、安装本实用新型的表具通过检测光线反射或透射数量、光强大小以及借助高低字轮读数修正可有效解决字轮在进位过程中的容错问题，可准确读出机械字轮数值，无累积误差。3、本实用新型光电直读读数器抗干扰性能好，可借助软件来有效解决器件的离散性及外界光线的影响，提高了读数的纠错性、准确性。4、本实用新型中的元器件采用微型贴片光电器件(光电发光/接收管)，便于大批量生产、维修，生产工艺性良好。本实用新型光电直读读数器结构简单、性能可靠，可广泛适用于需要自动抄表的水、电、气等表具中。图1是本实用新型光电直读读数器的结构组成示意图2是反射型字轮的结构示意图3是透射型字轮的结构示意图4是字轮与光电板的装配示意图5是字轮读数由9到0的变化过程说明图6是字轮读数由0到1的变化过程说明图7是字轮数字0-9的进位时序示意图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型作进一步描述。如图1所示，本实用新型表具用光电直读读数器包括形成一凹槽的器件骨架10，在该器件骨架10形成的凹槽内设有一横轴20，该横轴20上均匀设有多个字轮30。字轮30上均匀标有0~9十个数字，每个字轮30上设有取光构件，该取光构件旁设有与单片机(图中未示出)相连的多对光电器件51，一对光电器件51由一光电发光管和一光电接收管组成。每一字轮30旁的多对光电器件51设于光电板50上，所有光电板50固定在一主控板40上，光电板50上的光电器件51与主控板40上的单片机连接。在本实用新型中，字轮30共有两种类型反射型和透射型，下面分别详述。对于反射型字轮，反射型字轮30上的取光构件为反射黑白片31。该反射黑白片31设于字轮30上与横轴20垂直的平面的中心部分，该反射黑白片31上设有多个相间的黑白区域。如图2所示，反射黑白片31为一带有黑白扇形区域的圆形片，该圆形片以横轴20为圆心，该反射黑白片31共设有两个黑区域311、313和两个白区域312、314。对于反射型字轮，一对光电器件即为一反射型光电耦合器，该光电耦合器的光电发光管和光电接收管是封装在一起的。如图4，在反射黑白片31的同一侧设有五对光电器件51，也就是说，每对光电器件51中的光电发光管和光电接收管均设于反射黑白片31的同一侧。在实际中，该五对光电器件51可位于同一圆周上，光电发光管与光电接收管基本位于同一位置上，这样，光电接收管便可以用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经反射黑白片31后射回的光线。例如，当黑区域旋转到光电发光管的发光端时，那么，光电发光管发射的光线被黑区域吸收，光电接收管基本接收不到反射回来的光线，这时，光电接收管截止，该光电接收管产生一个代表截止的信号"0";当白区域旋转到光电发光管的发光端时，那么，光电发光管发射的光线被白区域反射，光电接收管可以接收到反射回来的光线，这时，光电接收管导通，该光电接收管产生一个代表导通的信号"l"。这样，当反射黑白片31旋转到某一位置时，每对光电器件51分别产生一个信号"0"或"1"，因此，五对光电器件51会产生一个五位编码，该编码由0和1组成，这个五位编码代表一个数字(即此时眼睛看到的数字)。特别地，当一部分黑区域和一部分白区域旋转到光电发光管的发光端时，在光电发光管发射的光线中，有一部分光线被黑区域吸收，而另一部分光线被白区域反射，这时，光电接收管可以接收到一部分反射回来的光线，那么，光电接收管可能是截止，也可能是导通，这种情况是字轮进位时产生的。针对判断进位的需要，09十个数字中的每一个数字对应两个编码，例如，对于"9"来说，"9"对应两个编码"01101"、"01001"，"01101"代表此时读数正好为9，即"到9"，"01001"代表此时读数大于9，即"过9"。当字轮处于进位状态时，此时得到的编码可能是两个编码中的任意一个，例如，当字轮由"9"向"0"变化时，得到的编码是"01101"或"01001"(11°)，即"至IJ9"或"过9"，得到的编码也可能是"01001"或"11001"(23°)，即"过9"或"到0"。需要指出的是，在本实用新型中，图5所示第一个图中标号51标识的光电器件被指定为读取起始位置，此位置的光电器件转化光强后得到的二进制码作为五位编码中的最高位，然后由此位置的光电器件顺时针读出每一光电器件转化光强后得到的二进制码，从而形成五位编码。相应地，十个数字共有20个编码，这20个编码是互不相同的，如下表所示。在下表中，例如，">9>"代表"到9"，"9〉"代表"过9"。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>为了产生上述20个编码，黑白区域的大小以及光电器件的位置设置是关键。在实际实施中，如图2，位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔可设为72。，即五对光电器件分别位于同一圆周的五等分位置上。相应地，黑白区域的对应圆心角依次为119°、129°、54°和58°，即第一区域311圆心角为119。，第二区域312圆心角为129°，第三区域313圆心角为54。，第四区域314圆心角为58°。这样，便可产生20个编码，且每个数字对应2个编码。实际试验表明，五对光电器件位于近似五等分位置上，且将第一区域311与第四区域314的交界线大致对准数字2与3的中间位置时的效果会更好。当然，黑白区域的大小以及光电器件的位置可任意设置，只要实现20个编码的目的即可。类似地，对于透射型字轮，透射型字轮30上的取光构件为透孔槽32。该透孔槽32设于字轮30上与横轴20垂直的平面的中心部分，该透孔槽32上开设有多个条弧状透孔。如图3所示，透孔槽32开设有两个条弧状透孔321、322，透孔以横轴20为圆心，两个条弧状透孔321、322之间相距一定距离。在透孔槽32旁设有五对光电器件51，每对光电器件51中的光电发光管和光电接收管分别对应开设的透孔所在的圆周而相应设于透孔槽32的两侧，该光电接收管用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经透孔穿射过的光线。在实际中，该五对光电器件51可位于半径为R的同一圆周上，两个条弧状透孔321、322可位于同一圆周上，且两个条弧状透孔321、322的中心圆周线的半径也为R，该两个条弧状透孔321、322之间相隔一段距离。当透孔旋转到光电发光管的发光端时，那么，光电发光管发射的光线经透孔透射后被另一侧对应设置的光电接收管接收，这时，光电接收管导通，该光电接收管产生一个代表导通的信号"1";当没有透孔的区域旋转到光电发光管的发光端时，那么，光电发光管发射的光线被没有透孔的区域挡住，另一侧对应设置的光电接收管接收不到发射的光线，这时，光电接收管截止，该光电接收管产生一个代表截止的信号"0"。这样，当透孔槽32旋转到某一位置时，每对光电器件51分别产生一个信号"0"或"1"，因此，五对光电器件51会产生一个五位编码，该编码由0和1组成，这个五位编码代表一个数字(即眼睛此时看到的数字)。特别地，当带有透孔的区域和不带有透孔的区域同时旋转到光电发光管的发光端时，在光电发光管发射的光线中，有一部分光线从透孔透射过而被光电接收管接收，未透射过、被遮挡回来的光线没有被光电接收管接收，这时，光电接收管可以接收到一部分透射过来的光线，那么，光电接收管可能是截止，也可能是导通，这种情况便是字轮进位状态。与反射型字轮一样，针对判断进位的需要，09十个数字中的每一个数字对应两个编码，相应地，十个数字共有20个编码，这20个编码是互不相同的，如上表所示。为了产生上述20个编码，透孔的长短以及光电器件的位置设置是关键。在实际实施中，如图3，位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔可设为72°，即五对光电器件分别位于同一圆周的五等分位置上。相应地，条弧状透孔321、322的对应圆心角分别为129°、58°，两个条弧状透孔321、322的圆心角间距为54。(圆心角间距也可视为119°)，这样，便可产生20个编码，且每个数字对应2个编码。实际试验表明，五对光电器件位于近似五等分位置上，且将位于119。间隔一边的透孔322—端大致对准数字2与3的中间位置时的效果会更好。当然，透孔的长短以及光电器件的位置可任意设置，只要实现20个编码的目的即可。在本实用新型中，读取数字读数便是通过上表所示的20个编码实现的。在字轮转动到进位状态的某一时刻，只有一对光电器件在黑白交界处或透射与不透交界处进入或离开，此时会产生对应的两个二进制码中的一个，也就是说，此时只会有一个固定的二进制码，不会出现误码。当然，该编码的数值会根据取光构件或光电器件的设置而有所变化。下面以字轮由"9"向"0"变化和由"0"向"1"变化来说明进位过程。如图5所示，字轮由"9"向"0"变化过程分成了三个区间(以眼睛正好看到数字9的位置为起始0。)，一个是"9"的正位区间(-22°11°)，用">9〉"表示(见图5的第一个图)，一个是"9"的进位判别区间(11°~23°)，用"9>"表示(见图5的第二和第三个图)，一个是"0"的到位判别区间(23°36°)，用">0"表示(见图5的第四个图)。例如，在进位判别区间时如图5所示的第二个图，若字轮从起始0。逆时针旋转了ll。，此时可能会读取到">9>"或"9>";如图5所示的第三个图，若字轮从起始0°逆时针旋转了23°，此时可能会读取到"9>"或">0"。如图6所示，字轮由"0"向"1"变化过程分成了三个区间(以眼睛正好看到数字0的位置为起始0°)，一个是"0"的正位区间(-13°~0°)，用">0"表示(见图6的第一个图)，一个是"0"的进位判别区间(0°~18°)，用"0>"表示(见图6的第二个图)，一个是"1"的到位判别区间(18°~45°)，用">1>"表示(见图6的第三和第四个图)。例如，在进位判别区间时，如图6所示的第二个图，若字轮从起始0。逆时针旋转了18°，此时可能会读取到"0>"或">1>"。又如，在到位判别区间时，如图6所示的第三个图，若字轮从起始O。逆时针旋转了27。，此时一定会读取到"〉1>"。类似地，其它数字间的进位过程与上述"9"+"0"以及"0"^"1"的过程相类似，不同的是，进位状态所处的旋转角度不同。字轮数字09的进位时序如图7所示。由上可以发现，当单个字轮转到某个数字的任意位置时，读取该数字是很容易做到的，但是，当两个字轮同时转到进位过程中时，由于齿轮传动中不可避免的间隙和机械装配误差会导致相邻字轮进位不同步，因此，此时要正确识别字轮读数是相当难的。在实际应用中，本实用新型是通过高低位字轮位置间的数值关系来修正进位时读取的数值结果的。也就是说，在进位过程中，高位字轮的编码和低位字轮的编码可以组成一个编码组合，这种编码组合的唯一性可以判断该位字轮和相邻高位字轮在进位时所处的准确位置。从而做到读数与字轮示值一致。下面以"09"向"10"转换的过程为例，来说明高低位组合修正读数过程。依照图7所示的字轮进位时序图，当低位字轮处在"9>"区间时，此时高位字轮处在"0>"区间，则直接读数为"09";字轮继续逆时针转动，当高位字轮处在">1>"区间时，若直接读数，则读数应为"19"，但是，因为低位字轮此时正处在"9>"区间，则可通过软件修正来判断读数为"10";字轮继续逆时针转动，当低位字轮处在">0"区间时，此时高位字轮处在">1>"区间，则直接读数为"10"。可见，在由"X9"向"(X+1)0"转化的过程中，准确识别出正确的数字是可以实现的。同理，对于每一个字轮，在任何数字加l的转化过程中，借助本实用新型直读读数器的结构以及编码、修正规则，准确识别出正确的数字是可以实现的，这是由于字轮上的每个数字都设置了两种状态，且每种状态采用了唯一编码方式，这种编码方式具有软件纠错的可行性，同时也大大降低了对光电器件一致性的要求。使用本实用新型读数时，各字轮处设置的光电器件接收光线，接收的光线强度被转换为模拟量(例如，对于反射型字轮，该模拟量对应光线全部反射、光线局部反射、光线完全吸收)而传送到单片机，然后，单片机内安装的软件根据设定的阈值与该模拟量比较，对字轮此时所处状态进行编码，再把编码转换为实际的码轮读数，并且，在进位时，根据高低位字轮组合来修正读数。从而，表具内的每个字轮都可以进行准确读数。本实用新型不仅可通过通讯总线(485总线、CAN或M-BUS)直接将直读读数器的读数进行远传，也可通过无线通信的方式实现远距离自动抄表。本实用新型广泛适用于各类远程集中抄表系统。在本实用新型中，字轮的个数可以为46个，字轮间可设定为逐位读数，也就是说，读数时，每个字轮对应设置的光电器件依次发光，从而接收、编码直至最终读数。在实际使用前，可先将不同的光电接收管在正常导通截止时设定相应的阈值，以避免不同放大倍数的光电器件存在的偏差影响最终读数的准确性。另外，在每次读数前，可以判断本实用新型光电直读读数器是否受外界光线的影响，如果有光线影响，则此次读数废弃，从而有效避免了外界光线对读数的影响。本实用新型的优点是1、本实用新型光电直读读数器可由单片机控制，在读数时加电即可，平时无需加电，功耗低。2、安装本实用新型的表具通过检测光线反射或透射数量、光强大小以及借助高低字轮读数修正可有效解决字轮在进位过程中的容错问题，可准确读出机械字轮数值，无累积误差。3、本实用新型光电直读读数器抗干扰性能好，可借助软件来有效解决器件的离散性及外界光线的影响，提高了读数的纠错性、准确性。4、本实用新型中的元器件采用微型贴片光电器件(光电发光/接收管)，便于大批量生产、维修，生产工艺性良好。本实用新型光电直读读数器结构简单、性能可靠，可广泛适用于需要自动抄表的水、电、气等表具中。以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。权利要求1、一种表具用光电直读读数器，其特征在于它包括形成一凹槽的器件骨架，在该器件骨架形成的凹槽内设有一横轴，该横轴上均匀设有多个字轮，每个字轮上设有取光构件，该取光构件旁设有与单片机相连的多对光电器件。2、根据权利要求l所述的光电直读读数器，其特征在于所述取光构件为反射黑白片，该反射黑白片设于所述字轮上与所述横轴垂直的平面的中心部分，该反射黑白片上设有多个相间的黑白区域，所述一对光电器件为一反射型光电耦合器，该光电耦合器的光电发光管和光电接收管封装在一起并设于反射黑白片的同一侧，该光电接收管用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经反射黑白片后射回的光线。3、根据权利要求2所述的光电直读读数器，其特征在于所述光电器件共设有五对，该五对光电器件位于同一圆周上，所述反射黑白片共设有两个黑区域和两个白区域，五对光电器件用于产生由0和1组成的五位编码，该四个区域和五对光电器件的组合用于字轮旋转过程中产生20个各不相同的编码，所述字轮上的每个数字对应两个编码。4、根据权利要求3所述的光电直读读数器，其特征在于位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔为72°，所述黑白区域为扇形区域，所述黑白区域的对应圆心角依次为119°、129°、54°和58°。5、根据权利要求l所述的光电直读读数器，其特征在于所述取光构件为透孔槽，该透孔槽设于所述字轮上与所述横轴垂直的平面的中心部分，该透孔槽上开设有多个条弧状透孔，所述一对光电器件为一光电发光管和一光电接收管，每对光电器件中的光电发光管和光电接收管分别对应开设的透孔所在的圆周而相应设于透孔槽的两侧，该光电接收管用于接收从与其相对应的该对中的光电发光管发射出且经透孔穿射过的光线。6、根据权利要求5所述的光电直读读数器，其特征在于所述光电器件共设有五对，该五对光电器件位于同一圆周上，所述透孔槽共设有位于同一圆周上的两个条弧状透孔，该两个条弧状透孔之间相隔一段距离，五对光电器件用于产生由0和1组成的五位编码，该两个条弧状透孔和五对光电器件的组合用于字轮旋转过程中产生20个各不相同的编码，所述字轮上的每个数字对应两个编码。7、根据权利要求6所述的光电直读读数器，其特征在于位于同一圆周上的相邻两对光电器件的圆心角间隔为72。，所述两个条弧状透孔为扇形形状，所述两个条弧状透孔的对应圆心角分别为129°、58°，所述两个条弧状透孔的圆心角间距为54°。专利摘要本实用新型公开了一种表具用光电直读读数器，它包括形成一凹槽的器件骨架，在该器件骨架形成的凹槽内设有一横轴，该横轴上均匀设有多个字轮，每个字轮上设有取光构件，该取光构件旁设有与单片机相连的多对光电器件。该取光构件可为反射黑白片或透孔槽。安装本实用新型的表具通过检测光线反射或透射数量、光强大小以及借助字轮的高低位读数修正可有效解决字轮在进位过程中的容错问题，可准确读出机械字轮数值，无累积误差。本实用新型光电直读读数器结构简单、性能可靠，可广泛适用于需要自动抄表的水、电、气等表具中。文档编号G01D5/26GK201225896SQ200820109189公开日2009年4月22日申请日期2008年7月11日优先权日2008年7月11日发明者刘逾男,张志强,娟李,裴凤芹,郑绍春,郭宝安申请人:郑州安然测控设备有限公司