CN101377830B - 远传表计二维编码字轮光电直读装置 - Google Patents

Abstract

一种远传表计二维编码字轮光电直读装置，从根本上解决了现有光电直读装置存在的检测器件多、编码算法复杂等缺点，包括表计支架、字轮轴、多位编码字轮、读码器和译码器，其技术要点是：编码字轮采用“角度加亮度”的二维编码字轮，在字轮的圆柱面的左侧设置带有零级至九级离散数字量值或连续模拟量值的编码条，使编码条上的量值与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应，读码器由一个发光二极管和一个接收三极管组成，在读码器框架端部的槽内固定亮度基准片和动态基准读码器。其利用“角度加亮度”的二维编码字轮及其独特的具有自动调整校准功能的直读装置，结构紧凑，加工简单，减少传感器件、降低造价，缩小体积，确保读数准确无误。

Description

远传表计二维编码字轮光电直读装置

技术领域

本发明涉及一种远传表计编码字轮光电读码装置，特别是一种应用于远传计量水表、电表、煤气表等表计的结构简单、具有自动调整校准功能的远传表计二维编码字轮光电直读装置，它与现有“角度一维编码字轮”不同的是采用“角度加亮度”的二维编码字轮及其独特的自动调校的光电直读装置。

背景技术

目前，水表、电表、煤气表等表计的传统的机械结构随着电子数字化技术的迅速发展，其十进制机械转轮式计数器正在逐渐被机电一体化的编码字轮光电直读装置所替代。据相关专利文献介绍，如公告号为CN2641731Y的“用于计量表内计数器上的字轮”、公告号为CN1236281C的“机械字轮电子数字化方法及其无源自动抄表系统”、公告号为CN2747541Y的“表计机械计数器字轮彩色条形编码及数字电信号输出装置”、公开号为CN1835002A的“一种机械字轮计数器非接触读数传感器及设计方法”等文献中，都公开了相应的编码字轮及其直读装置。这些编码字轮的光电直读装置可分为脉冲和光电直读二类。其中脉冲类表计因需要持续供电，断电后需重新设置初始值，故应用的较少。而光电直读类表计由于平时不供电，只在抄表瞬间供电，并且是直接读取字轮数字，不需设置初始值，所以得到推广应用。

国内、外现有的表计光电直读装置按其编码和光路结构形式主要分为以下类型：即轴向透射型、径向反射型、径向光纤反射型和径向透射型。以上类型虽然结构各异，但它们的编码方式都属于“角度一维编码”，即：在编码字轮圆周数字0起点的不同角度的字码位置上，仅加工有对于光电传感器具有“亮”和“暗”差别的编码点，当检测光照射到编码字轮的字码时，接收器只能读取并输出“1”或“0”的二进制数字信号。如果在编码字轮圆周的四个以上检测点可以同时读取二进制数字信号，那么就能通过译码算法，计算出编码字轮当前转动的角度，换算出编码字轮上对应的数字。这类“角度一维编码”有一定的优点：即采用1或0的数字信号模式，信噪比高；但存在的缺点是：1、需要在编码字轮圆周需设置至少四个以上检测点，故使用检测器件较多、造价较高；2、在编码字轮圆周的多个检测点分布的总角度大于72度，故光电直读装置的体积大，加工难度也大；3、由于读码点多，不仅导致光电直读装置的编码算法复杂，而且无法解决对于电源电路产生的电压波动、干扰噪声以及在使用过程中的传感元件老化和对“亮”、“暗”编码点表面的污染等不良环境条件对读、译码结果的影响，所计算出的有干扰的数值准确度就很难达到理想的要求。因此，现有编码字轮及编码方法有待进一步改进和完善。。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计完善的远传表计二维编码字轮光电直读装置，它不仅从根本上解决了现有光电直读装置存在的检测器件多、造价高、体积大、编码算法复杂等问题，而且因其采用“角度加亮度”的二维编码字轮及其独特的具有自动调整校准功能的直读装置，只需使用一个读码点的传感器，就能读取编码字轮上的与角度相对应的量值信息，从而译出对应的编码字轮数字，故其具有显著减少传感器件，结构紧凑，加工简单，降低造价，缩小体积，确保读数准确无误的优点。

本发明所采用的技术方案是：该远传表计二维编码字轮光电直读装置包括表计支架、固定在表计支架上的字轮轴和读码器框架及组装在字轮轴上的多位编码字轮、组装在读码器框架上的读码器和译码器，其技术要点是：所述编码字轮采用“角度加亮度”的二维编码字轮，在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧设置带有零级至九级十个首尾相接等长的离散数字量值编码条或连续模拟量值编码条，使所述量值编码条上的量值与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应，所述读码器由一个发光二极管和一个接收三极管利用柔性电路板并列固定在所述读码器框架的安装槽内，使所述发光二极管和接收三极管通过所述读码器框架的阅读槽分别对准所述量值编码条，在所述读码器框架端部的阅读槽底部固定零级和九级亮度基准片，并在对应所述亮度基准片的安装槽内固定动态基准读码器，动态基准读码器由一个发光二极管、一个零级亮度基准接收三极管、一个九级亮度基准接收三极管组成，所述译码器由常用的电子元件CPU、多路开关、差分放大器、A/D转换器、存储器、稳压器和通讯接口组成，并利用与其相匹配的常规电阻、电容组成控制回路。

所述亮度基准片采用两个灰度片，一个为灰度最大、反光度最低的下限零级亮度基准片，另一个为灰度最小、反光度最高的上限九级亮度基准片，其材质应与所述离散数字量值编码条或连续模拟量值编码条一致。

设置在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧带有零级至九级十个亮度的量值编码条采用“角度加亮度”的二维离散数字量值编码，即所述量值编码条上均匀分布反光亮度为从下限零级至上限九级亮度的十个量值等级，该量值编码条的灰度为从深灰到浅灰离散式分级变化，并与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应。

设置在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧带有连续模拟量值的量值编码条采用“角度加亮度”的二维连续模拟量值编码，即所述量值编码条上均匀分布反光亮度为连续全灰度坐标系模拟量值变化，并与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应。

所述读码器框架采用遮光塑料注塑成型的横截面为弧面的扇形体，在其外弧面固定 所述读码器柔性电路板，其内弧面设置的读码器阅读槽中心线与所述量值编码条的中心线重合。

所述二维编码字轮设置具有9-0进位瞬跳结构的进位瞬跳字轮。

本发明具有的优点及积极效果是：由于该具有自动调整校准功能的远传表计二维编码字轮光电直读装置采用“角度加亮度”的二维编码字轮及其由一个发光二极管和一个接收三极管组成的结构独特的读码器，再配以动态基准读码器和译码器进行量值的自动调整校准处理，所以只需使用一个读码点的传感器，就能读取编码字轮上的与角度相对应的量值信息，从而通过译码器准确无误地译出对应的字轮数字，不再需要多个传感器补充第二维信息。该装置读码、译码的控制电路形成了二种光电检测回路：其一是基准光路：从发光二极管发出的光，照射到下限零级亮度基准片和上限九级亮度基准片上，然后分别反射到下限零级和上限九级亮度基准接收三极管上，输出两个当前亮度上、下限的动态基准电压值。其二是读码光路：从发光二极管发出的光，照射到编码字轮上的灰度编码条上，然后反射到接收三极管上，输出与该字轮当前位置对应的亮度电压值。同理可得到多个字轮的当前位置对应的亮度电压值。该装置用发光二极管的光线照射二维编码字轮的量值编码条，接收三极管接收被灰度量值不同量值编码反射的光线，经过与基准量值对比选定、差分放大后，再经A/D转换为数字量值，从而准确读出和译出对应的二维编码字轮当前的数字值。因此，其不仅能够从根本上解决现有光电直读装置存在的检测器件多、造价高、体积大、编码算法复杂等问题，而且具有显著减少传感器件，结构紧凑，加工简单，降低造价，缩小体积，确保读数准确无误的优点。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1沿A-A线的剖视图。

图3是图1中的编码字轮圆柱面的“角度加亮度”的二维离散数字量值编码展开图。

图4是图1中的编码字轮圆柱面的“角度加亮度”的二维连续模拟量值编码展开图。

图5是本发明的一种读码译码电路原理框图。

图中序号说明：1量值编码条、2字码条、3读码器框架、4接收三极管、5发光二极管、6安装槽、7阅读槽、8上限九级亮度基准接收三极管、9上限九级亮度基准片、10下限零级亮度基准片、11下限零级亮度基准接收三极管、12字轮轴、13柔性电路板、14多路开关、15差分放大器、16A/D转换器、17数据接口、18稳压器、19存储器、20CPU。

具体实施方式

根据图1～6详细说明本发明的具体结构。该具有自动调整校准功能的远传表计二维 编码字轮光电直读装置包括表计支架(图中未示出)、固定在表计支架上的字轮轴12和读码器框架3及组装在字轮轴12上的多位二维编码字轮、组装在读码器框架3上的读码器和动态读码器、译码器及译码器电路板(图中未示出)等器件。其中每个二维编码字轮都采用“角度加亮度”的新型结构，即在二维编码字轮的圆柱面的左侧设置带有下限零级至上限九级十个首尾相接等长的离散数字量值编码条2或连续模拟量值编码条2，使量值编码条2上的量值编码与分布在同一圆柱面右侧字码条1的数字0-9的角度一一对应。因此，该二维编码字轮上不仅携带了传统字轮圆柱面上的数字0-9的角度的一维信息，而且还可以用“离散数字”或“连续模拟”二种量值编码，在字轮圆柱面上携带“亮度”的第二维信息，这就构成了“角度加亮度”的两种二维亮度编码方式。其中

第一种是“角度加亮度”的二维离散数字量值编码(如图3所示)：

设置在二维编码字轮的圆柱面的左侧带有下限零级至上限九级亮度的量值编码条2采用“角度加亮度”的二维离散数字量值编码，即量值编码条2的宽度为1.2毫米，沿字轮圆周均匀分布反光亮度为从下限零级至上限九级亮度的十个等级。该量值编码条的灰度为从深灰到浅灰离散式分级变化，并与分布在同一圆柱面右侧字码条1的深色衬底的白色数字0-9的角度一一对应。

第二种是“角度加亮度”的二维连续模拟量值编码(如图4所示)：

设置在二维编码字轮的圆柱面的左侧带有连续模拟亮度的量值编码条2采用“角度加亮度”的二维模拟亮度编码，即量值编码条2的宽度为1.2毫米，沿字轮圆周均匀分布反光亮度为连续全灰度坐标系模拟亮度变化，并与分布在同一圆柱面右侧字码条1的深色衬底的白色数字0-9的字码角度一一对应。

上述“角度加亮度”的两种二维亮度编码的读取是利用具有自动调整校准功能的光电直读装置中的读码器和动态读码器、译码器完成的。其中组装在读码器框架3上的结构独特的读码器是由一个发光二极管5和一个接收三极管4组成的，其发光二极管5和接收三极管4利用柔性电路板13并列固定在读码器框架3的安装槽6内，并使发光二极管5和接收三极管4通过读码器框架3的透光阅读槽7分别对准量值编码条2上的量值编码。读码器框架3利用表计支架组装在与多位二维编码字轮组的轴向平行的位置。读码器框架3是采用遮光塑料注塑成型的横截面为弧面的扇形体，其外弧面固定有柔性电路板13，其位于二维编码字轮圆柱面一侧的内弧面设置的透光阅读槽7的中心线与量值编码条2的中心线重合。

该装置为了确保读码器的读数准确，在读码器框架3的端部设置基准阅读槽7和安装槽6，在阅读槽7的底部固定亮度基准片，在与对应亮度基准片的安装槽6内固定动态读码器，并以动态读码器对准亮度基准片。其中亮度基准片采用两个灰度片，一个为灰 度最大、反光度最低的下限零级亮度基准片10，另一个为灰度最小、反光度最高的上限九级亮度基准片9，其材质应与带有反光亮度为从下限零级亮度至上限九级亮度的十个等级的量值编码条2一致。这两个亮度基准片与二维编码字轮在同样的环境条件下工作，作为亮度的下、上限的动态基准值。动态基准读码器由一个发光二极管5、一个零级亮度基准接收三极管11、一个九级亮度基准接收三极管8组成，它是用于纠正灰度亮度编码受工作环境和介质的物理、化学影响带来的反光性能变化，可以解决由于电源电路产生的电压波动、干扰噪声以及在使用过程中的传感元件老化和对“亮”、“暗”编码表面的污染等不良环境条件对读、译码结果影响的问题，确保抄表读数的准确无误。

译码器由组装在译码器电路板上的常用的电子元件CPU20、多路开关14、差分放大器15、A/D转换器16、存储器19、稳压器18和数据接口17等组成，并利用与其相匹配的常规电阻、电容等电子元件组成控制回路，其中差分放大器15用于抵消电压波动、杂散信号的干扰。

二维编码字轮之间设置通用的十进制进位传动的进位齿轮(图中未示出)和带有棘齿和弹性棘爪的具有9-0进位瞬跳结构的进位瞬跳字轮(图中未示出)。进位瞬跳字轮的弹性棘爪结构主要用于字轮在9-0进位时能瞬间跳过亮度差别最大的量值编码条交界的区域，避免发生错码。设置以上部件可以进一步保证正确读取二维编码亮度的要求。

按照图5所示进一步说明该装置的工作过程：

一、启动抄表

1、抄表器或抄表网络通过数据接口17向该装置供电，并发出抄表指令。

二、确定当前亮度动态基准

1、CPU20通过多路开关14，令动态基准读码器的发光二极管5发光，照射到下限零级亮度基准片10和上限九级亮度基准片9上，然后分别由零级亮度基准接收三极管11和九级亮度基准接收三极管8输出零级和九级亮度基准电压值。

2、CPU20将零级亮度基准电压送到差分放大器15的输入端口一，将九级亮度基准电压送到差分放大器15的输入端口二，此时差分放大器15的输出端口输出一个九级亮度当前动态模拟基准电压值。

3、CPU20将该九级亮度当前动态模拟电压基准值送至A/D转换器16的输入端，此时A/D转换器16的输出端得到一个九级亮度当前动态数字基准值。

4、CPU20把该九级亮度当前动态数字基准值和存储器19预存的数字对比，确定与当前动态数字值对应的一组“当前0-9十个数字标准值”。

三、读取译出字轮数字

1、CPU20向二维编码字轮发光二极管5供电，此时该读码器的接收三极管4输出 一个“编码亮度模拟电压值”。

2、CPU20将这个编码亮度模拟电压值送到差分放大器15的输入端口二。

3、CPU20将零级亮度基准电压送到差分放大器15的输入端口一，此时，差分放大器15的输出端口得到一个“无干扰编码亮度模拟电压值”。

4、CPU20把“无干扰编码亮度模拟电压值”送至A/D转换器16，得到一个“编码亮度数字电压值”。

5、CPU20把“编码亮度数字电压值”和存储器19中选中的一组“当前0-9十个数字标准值”比对，得出一个二进制数字，该数字是和二维编码字轮显示出的十进制数字对应的。

6、多次重复1-5步骤，即可读出多位二维编码字轮的全部二进制数字。

四、传送表计当前数字

1、CPU20给译出的多位二维编码字轮的二进制数字以及表计地址编码等信息添加通讯校验码后，通过数据接口17传送至抄表器。

2、抄表器内的专用软件将多位二进制数字转换为多位十进制数字，并存储在对应的表计地址下。

3、抄表器核对数字无误后，退出抄表状态。

Claims (6)

1.一种远传表计二维编码字轮光电直读装置，包括表计支架、固定在表计支架上的字轮轴和读码器框架及组装在字轮轴上的多位编码字轮、组装在读码器框架上的读码器和译码器，其特征在于：所述编码字轮采用“角度加亮度”的二维编码字轮，在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧设置带有零级至九级十个首尾相接等长的离散数字量值编码条或连续模拟量值编码条，使所述量值编码条上的量值与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应，所述读码器由一个发光二极管和一个接收三极管利用柔性电路板并列固定在所述读码器框架的安装槽内，使所述发光二极管和接收三极管通过所述读码器框架的阅读槽分别对准所述量值编码条，在所述读码器框架端部的阅读槽底部固定零级和九级亮度基准片，并在对应所述亮度基准片的安装槽内固定动态基准读码器，动态基准读码器由一个发光二极管、一个零级亮度基准接收三极管、一个九级亮度基准接收三极管组成，所述译码器由常用的电子元件CPU、多路开关、差分放大器、A/D转换器、存储器、稳压器和通讯接口组成，并利用与其相匹配的常规电阻、电容组成控制回路。

2.根据权利要求1所述的远传表计二维编码字轮光电直读装置，其特征在于：所述亮度基准片采用两个灰度片，一个为灰度最大、反光度最低的下限零级亮度基准片，另一个为灰度最小、反光度最高的上限九级亮度基准片，其材质应与所述离散数字量值编码条或连续模拟量值编码条一致。

3.根据权利要求1所述的远传表计二维编码字轮光电直读装置，其特征在于：设置在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧带有零级至九级十个亮度的量值编码条采用“角度加亮度”的二维离散数字量值编码，即所述编码条上均匀分布反光亮度为从下限零级至上限九级亮度的十个量值等级，该量值编码条的灰度为从深灰到浅灰离散式分级变化，并与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应。

4.根据权利要求1所述的远传表计二维编码字轮光电直读装置，其特征在于：设置在所述二维编码字轮的圆柱面的左侧带有连续模拟量值的量值编码条采用“角度加亮度”的二维连续模拟量值编码，即所述量值编码条上均匀分布反光亮度为连续全灰度坐标系模拟量值变化，并与分布在同一圆柱面右侧的数字0-9的角度一一对应。

5.根据权利要求1所述的远传表计二维编码字轮光电直读装置，其特征在于：所述读码器框架采用遮光塑料注塑成型的横截面为弧面的扇形体，在其外弧面固定所述柔性电路板，其内弧面设置的阅读槽中心线与所述编码条的中心线重合。

6.根据权利要求1所述的远传表计二维编码字轮光电直读装置，其特征在于：所述二维编码字轮设置具有9-0进位瞬跳结构的进位瞬跳字轮。

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