机械计数器的数字转换及传输装置的制作方法

本实用新型涉及一种机械计数器的数字转换及传输装置，属于数字转换及传输装置技术领域。

背景技术：

物联网技术当中，智能建筑的水、电、气三表的计算机处理技术是一个重要组成部分。现今大量使用的水、电、气三表，基本上以机械计度器作为累积计量数据的显示和存储元件，只提供了现场人工识别和人工抄读功能。要实现计算机远程自动管理，就必须对机械计度器上的机械指示进行数字转换，转换成对应的计算机可识别的数据形式，如二进制数据，并将转换后的数据传送出去。

实现这个功能的方式有很多种，在数字转换方面有脉冲计数方式、光电直读方式、电涡流感应直读方式、视觉图像直读方式等，在数据传送方面分有线和无线方式，而有线方式多为RS485总线和MBUS总线方式。这些方式各自具有不同的技术特点，但都存在较大的自身难以克服之缺陷。

脉冲计数方式实质上与计度器形成了二次计量，长期使用难以同步。光电直读方式和视觉图像直读方式应用在水表时不能浸泡在水中，隔离密封成为一个麻烦问题。电涡流感应直读方式实际上是照搬金属接近开关的工作原理，需要有较大的零件尺寸才足以产生出足够的涡流效应，难以用在三表中狭小的计度器上。RS485总线和MBUS总线都是采用集成电路芯片直接连接到外部通信线路上，没有隔离措施，直接承受线路上的电磁干扰和冲击，必须加大成本进行重重保护，即使如此，可靠性也难以媲美隔离通信的方式。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种机械计数器的数字转换及传输装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种机械计数器的数字转换及传输装置，包括：机械计度器弧形框架、机械计度器字轮、字轮转动轴、铁氧体磁芯片、电感线圈、H型铁氧体磁芯、U型铁氧体磁芯、E型铁氧体磁芯、工字型铁氧体磁芯、隔离传输变压器、通信接口电路、单片机电路、电感测量电路、电源电路和电路板，所述字轮转动轴固定在机械计度器弧形框架上，字轮转动轴上设有一组机械计度器字轮，每个机械计度器字轮的曲面上间隔地设有铁氧体磁芯片，在机械计度器弧形框架的背面与每个机械计度器字轮对应的固定有H型铁氧体磁芯、U型铁氧体磁芯、E型铁氧体磁芯和工字型铁氧体磁芯，H型铁氧体磁芯、U型铁氧体磁芯、E型铁氧体磁芯和工字型铁氧体磁芯上面均设有电感线圈，隔离传输变压器、通信接口电路、单片机电路、电感测量电路和电源电路均固定在电路板上，通信接口电路与隔离传输变压器的次级相连接，电源电路与隔离传输变压器的初级串联连接到外部线路上，单片机电路分别与通信接口电路和电感测量电路相连接，电感测量电路分别与H型铁氧体磁芯、U型铁氧体磁芯、E型铁氧体磁芯和工字型铁氧体磁芯上的电感线圈相连接，电源电路分别与通信接口电路、单片机电路和电感测量电路相连接。

本实用新型的技术方案是利用改变电感磁芯的回路总磁阻，进而改变电感线圈电感量的工作原理，构建计度器字轮转动角度位置传感器。计度器字轮转动的角度，实际上一一对应着计度器的机械指示数值，检测字轮的角度位置信息，就可以得到与计度器机械字轮指示数值对应的计算机数据，从而完成对应的数字化转换。

本实用新型中包括多个线圈绕在铁氧体磁芯上的电感，分布在每个字轮周围的弧形框架上，铁氧体磁芯的形状有U型、H型、E型和工字型。电感线圈电感量大小与其铁氧体磁芯磁路的总磁阻成反比。在其他条件不变的情况下改变电感磁路的总磁阻，电感量随之改变。

根据磁路原理，电感磁芯的磁力线是一个连续封闭的回路，回路的总磁阻是回路中各段磁阻之和。电感磁芯的总磁阻在空气当中实际上就是磁芯磁阻和空气间隙磁阻之和。在水中就是磁芯磁阻和水间隙磁阻之和。磁阻大小在磁芯截面积、磁芯磁导率、线圈匝数、线圈电流大小都不变的前提下，主要取决于磁路的长度。

空气的相对磁导率为1，水的相对磁导率近似为1，而铁氧体材料的相对磁导率为几百到几千，所以空气间隙或水间隙的磁阻在总磁阻中所占比例远大于铁氧体磁芯磁阻，因此在空气间隙或水间隙的磁路中移入一段铁氧体磁芯，减小空气间隙或水间隙的磁路长度，将会大大减小磁路总磁阻，总磁阻减小意味着电感量将增大。

本实用新型正是利用了上述原理来构建计度器字轮角度位置传感器，并对传感器信号进行检测，从而定位计度器字轮转动的角度。本实用新型的装置中，在机械计度器的字轮圆周面上镶嵌有铁氧体磁芯片，在与字轮同心的弧形框架上安装有多个线圈绕在铁氧体磁芯上的电感，电感线圈接到电路板的电感测量电路上。当字轮转动到一定的角度位置时，字轮上镶嵌的铁氧体磁芯片会移入到固定在弧形框架上的相应电感线圈磁芯的磁路当中，进而对该电感线圈磁芯的总磁阻造成影响，该电感线圈的电感量将发生改变。

电感量的改变被电路板上的电感测量电路检测到，电感测量电路将电感量变化状态传递到单片机中，单片机根据相应的编码规则，对此状态变化进行判断，即可得到字轮转动的角度位置信息，而这个角度位置信息与计度器字轮指示的数值是一一对应的，也就是说，计度器字轮的机械指示数值已变成了单片机中的信息数据，从而达到了将机械计度器指示数值转换成计算机可处理数据的目的。

附图说明

图1为本实用新型装置中的机械计度器的左视图。

图2为本实用新型装置中的机械计度器的正侧视图。

图3为本实用新型装置的总构造图，其中A-A部分是图1中的剖面图。

图1～图3中的附图标记，1为机械计度器弧形框架，2为机械计度器字轮，3为字轮转动轴，4为铁氧体磁芯片，5为电感线圈，6为H型铁氧体磁芯，7为U型铁氧体磁芯，8为E型铁氧体磁芯，9为工字型铁氧体磁芯，10为隔离传输变压器，11为通信接口电路，12为单片机电路，13为电感测量电路，14为电源电路，16为电路板，J1和J2为接线端子。

图4为本实用新型装置中电路板的电原理图。

图5为现有M-BUS集成电路芯片接线图。

图6为现有RS 485集成电路芯片接线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1～图4所示，本实施例所涉及的一种机械计数器的数字转换及传输装置，包括：机械计度器弧形框架1、机械计度器字轮2、字轮转动轴3、铁氧体磁芯片4、电感线圈5、H型铁氧体磁芯6、U型铁氧体磁芯7、E型铁氧体磁芯8、工字型铁氧体磁芯9、隔离传输变压器10、通信接口电路11、单片机电路12、电感测量电路13、电源电路14和电路板16，所述字轮转动轴3固定在机械计度器弧形框架1上，字轮转动轴3上设有一组机械计度器字轮2，每个机械计度器字轮2的曲面上间隔地设有铁氧体磁芯片4，在机械计度器弧形框架1的背面与每个机械计度器字轮2对应的固定有H型铁氧体磁芯6、U型铁氧体磁芯7、E型铁氧体磁芯8和工字型铁氧体磁芯9，H型铁氧体磁芯6、U型铁氧体磁芯7、E型铁氧体磁芯8和工字型铁氧体磁芯9上面均设有电感线圈5，隔离传输变压器10、通信接口电路11、单片机电路12、电感测量电路13和电源电路14均固定在电路板16上，通信接口电路11与隔离传输变压器10的次级相连接，电源电路14与隔离传输变压器10的初级串联连接到外部线路上，单片机电路12分别与通信接口电路11和电感测量电路13相连接，电感测量电路13分别与H型铁氧体磁芯6、U型铁氧体磁芯7、E型铁氧体磁芯8和工字型铁氧体磁芯9上的电感线圈5相连接，电源电路14分别与通信接口电路11、单片机电路12和电感测量电路13相连接。

所述单片机电路12所用单片机的型号为AT89S52。

本实施例弧形框架上设置铁氧体磁芯电感的数量和位置有多种方式，与字轮上铁氧体磁芯片的设置数量和位置也存在多种对应关系，这些对应关系实际上决定了单片机中判断字轮转动角度位置信息的编码方式，比如本实施例中就是4X3＝12的编码方式，取其中10个编码位置使用即可。当然还可以采用其他的编码方式，但都是一些已知的简单的排列组合而已，本实施例对此没有特别的指定和要求。

为了达到数据传输的目的，本实施例电路板上还包括单片机电路、数据通信接口电路和电源电路。单片机的作用是通过电感测量电路检测电感线圈的电感量变化状况，进而得到字轮转动角度位置信息。单片机将此信息数据通过通信接口电路传输到通信线路上去。

本实施例的通信接口电路帮助单片机实现与外部通信线路的联系，连接在隔离传输变压器次级的通信接口电路利用该变压器将FM通信数据信号耦合到外部线路上，也通过该变压器感应接收外部线路上传来的FM通信指令信号，实现了非直接连接的隔离传输通信方式。

分布在现场实际应用环境当中的外部通信线路上，存在着各种电磁干扰和静电脉冲冲击。由于隔离传输变压器磁芯的磁饱和效应和磁滞效应，使得这些干扰和冲击的绝大部分能量不能从变压器初级耦合到次级，因此有效地缓解了这些干扰和冲击，大大降低了电路板上脆弱的集成电路遭受损害的风险。

本实施例中通信接口电路联接隔离变压器次级，电源电路与隔离变压器初级串联连接到外部线路上。外部线路可以通过隔离变压器初级提供直流供电电源到电路板电源电路上。虽然电源电路是与外部线路直接相连的，也会受到各种电磁干扰和静电脉冲冲击，但是串联在电源电路和外部线路之间的隔离变压器初级，相当于一个含有磁芯的串联电感，同样具有抑制干扰和冲击的效果。电源电路都是一些大功率器件，本身就具备比集成电路更强的抗损害的能力。

连接本实施例的外部线路只需要两根导线就可以同时完成直流电源供给和FM通信信号传递，简单可靠，并具有很强的抗冲击和抗干扰能力。本实施例中新颖的可变磁阻的铁氧体磁芯电感传感器工作方式，与字轮之间是非接触的，属于非接触检测方式，在弧形框架上安装简单易行。空气和水的相对磁导率几乎相等，因此在空气中和在水中的电感传感器，工作参数几乎不受影响，可以忽略不计，这也就意味着本实施例中的计度器字轮可以浸泡在水中使用，只要电路板部分做好防水措施即可。

正是因为本实施例具备了上述特点，有针对性的改良了前面背景技术当中指出的那些问题，因此具备了推广运用的实用价值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。