CN101592500A - 一种四位角编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种编码器技术领域，尤其涉及一种光电对射式绝对式四位角编码器。包括发射光电管、接收光电管、字轮、拨轮、线路板，其特征是仅用四对敏感元件和特殊的字轮码道来读出字轮所处位置的一组信息，并采用特殊码对比的方法最终来确定字轮的读数，将机械读数数字0、2、4、6、8或1、3、5、7、9都分别分成两段码进行识别，并将后一段码扩展至下一个数字的机械识别区域；所述的字轮设有若干组，装配在字轮轴上，拨轮设有若干组，装在拨轮轴上。字轮可按精确度来设定组数，如水表可设7组，即可显示7位数。

Description

一种四位角编码器
技术领域
本发明涉及一种编码器技术领域，尤其涉及一种光电对射式绝对式四位角编码器。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，国家推行一户一表政策的覆盖面也越来越广，用户数量的急剧增长，特别是高层和安装门禁系统的用户的增多，使得气、水、电计量仪表的抄收和管理变得困难。为了解决普通人工抄表工作量大、容易出错，表计难以管理等问题，市场上便有了智能抄收和管理方案，实现智能化、人性化管理，远程抄表是实现方式之一。
远程抄表根本在于采用可远程传送数据的表计。目前市场上采用的远传表计基本上是脉冲式和直读式两种。
其中直读式优于脉冲式，所以推广迅速。直读式远传表的传感器部分平时都不工作，只在抄表的瞬间读取字轮角位置的信号，通过单片机的处理后传送至抄读设备中，从而实现远程抄表。直读远传表主要分为接触开关式、条形码式、电阻式、摄像式和光电式。现有的编码器品种不少，各有其特点。
如申请号为ZL01123031.2发明一种多位十进位机械计数器显示值模数转换防误读中介码、模数转换方法及转换装置，其目的是将机械计数器字轮显示值转换为与其等值的二抓十进制的电子数字输出码。提供一种能防止误读的机械计数器显示值模数转换技术，具有抗干扰或在计数器处于连续转动记数时不发生误读，保证转换误差不大于计数器末位字轮的一个数字，适用于单相发送或计算机控制系统对现场工作仪表由上而下的数据实时查询。
又如专利号为ZL94119546.5本发明公开了一种具有机械计数轮机构的用于测量仪器的独特的编码器，其中，每两个计数轮中高数位计数轮在低数位计数轮转动最后十分之一圈时由进位齿轮带动继续转动十分之一圈，计数轮机构包括对于每个计数轮安装在一个垂直于计数轮轴的平面中的五个敏感元件，和一个位于计数轮上的码，从而每转过12°产生一个数字转动角信号。这种计数轮机构可以通常的方式可视地读出，与本发明结构不同。
再如专利号为01104583.3发明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，特点是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。也就是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。这种产品的码道选择与本发明不同。
在正常状态下，四对光敏元件只能产生16个状态，在字轮上0～9任意的数字进位时都存在读数的“死角”，即产生误码，而要不产生误码，至少需要20个不同的状态。所以现有的4位角编码器都没有真正应用到实际中。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有计数器由于存在加工和装配误差，在字轮的进位上就会出现不精确的现象，在实际的敏感元件感应过程中存在着感应的宽度，导致理论上的码道在实际的读码定位上出现较大误差的问题，提供一种结构设计合理，引入了特殊码的概念，仅用四对敏感元件和特殊的字轮码道，读出字轮所处位置的一组信息，并采用特殊码对比的方法，来确定字轮的读数的一种四位角编码器。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：这种四位角编码器，包括发射光电管、接收光电管、字轮、拨轮、线路板，其特征是仅用四对敏感元件和特殊的字轮码道来读出字轮所处位置的一组信息，并采用特殊码对比的方法最终来确定字轮的读数，将机械读数数字0、2、4、6、8或1、3、5、7、9都分别分成两段码进行识别，并将后一段码扩展至下一个数字的机械识别区域；所述的字轮设有若干组，装配在字轮轴上，拨轮设有若干组，装在拨轮轴上。字轮可按精确度来设定组数，如水表可设7组，即可显示7位数。
作为优选，所述的编码器端部字轮轴上设有挡光罩，挡光罩内侧设有接收板，接收板内侧设第一组字轮，接收板与接收光电管及线路板连接。
作为优选，所述的第一组字轮与第二组字轮之间同样设有挡光罩，还设有发射板，发射板与发射光电管及线路板连接。
作为优选，所述的在字轮上设有同心的三条码道，每条码道都由透光和不透光两部分组成，借助于四个发射光电管和一个接收光电管读出了一种二进制码，这样在一个字轮的一整圈中，四个敏感元件产生了16种不同的信号状态，即每次以循环码的形式从一个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，并且在每条码道透光与不透光的角度至少变化一次。
作为优选，所述的在字轮上设有同心的四条码道，每条码道都由透光和不透光两部分组成，借助于四对发射光电管和接收光电管读出了一种二进制码，这样在一个字轮的一整圈中，四个敏感元件产生了16种不同的信号状态，即每次以循环码的形式从一个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，并且在每条码道透光与不透光的角度至少变化一次。
作为优选，所述的编码器外侧设有遮光架，遮光架与字轮轴、线路板连接成一体。
因此，本发明是一种结构设计合理，仅用四对敏感元件和特殊的字轮码道来读出字轮所处位置的一组信息，并采用特殊码对比的方法最终来确定字轮的读数，可避免重码的出现的一种四位角编码器。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明图1的左视结构示意图。
图3是本发明的一种实施例示意图。
图4是本发明图3的左视结构示意图。
图5是本发明图1的一种道码结构示意图。
图6是本发明图3的一种道码结构示意图。
图7是本发明一种字轮特殊码排列示意图。
图8是本发明另一种字轮特殊码排列示意图。
图9是本发明第三种字轮特殊码排列示意图。
图10是本发明以机械读数进位的一种实施例示意图。
图中：1.发射光电管、2.接收光电管、3.字轮轴、4.挡光罩、5.字轮、6.拨轮、7.拨轮轴、8.遮光架、9.线路板、10.发射板、11、接收板。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1、图2、图5、图7，本实施例四位角编码器，包括发射光电管1、接收光电管2、字轮轴3、挡光罩4、字轮5、拨轮6、拨轮轴7、遮光架(8)、线路板9、发射板10和接收板11。
图8和图9是本发明另两种字轮特殊码排列示意图。
根据本发明计数器的特点，将机械读数数字0、2、4、6和8都分别分成两段码进行识别，并将后一段码扩展至下一个数字的机械识别区域，也即使任意机械读数数字的首尾出现不同的编码，如2的后段码延伸至3的机械读数数字区域，而将数字9的后段码跨过9～0界面至0的数字区域。例如从29进位至30，可能出现2a9a、2b9a、2b9b、2b0a、30a；而39进40时则可能出现39a、39b、4a9b、4a0a。
本发明的关键技术是对特殊码的处理。特殊码是由于字轮5径向摆动、加工误差、装配误差又或者是敏感元件的识别宽度而引起的，是在实际应用过程中必然会出现的，是码的组合，如1111*1111*1010*1111(千位字轮码*百位字轮码*十位字轮码*个位字轮码)，当遇到特殊码时，单片机即对字轮的状态进行辨识，如1111*1111*1101*1111组合，因为是特殊码，所以单片机即把这组特殊码与储存器内的数据库进行对比，即等同于1111*1111*1001*1100。
特殊码需要特别后处理，以带四个字轮的计数器为例说明特殊码的处理规律。十位和个位字轮同时出现的码及其处理成结果如表一所示，百位、十位和个位字轮同时出现的码及其处理成结果如表二所示，其他无规律出现的码及其处理成结果如表三所示。
表一、十位和个位字轮同时出现的码及其处理成结果
  序号  十位字轮二进码*个位字轮二进码   处理成十进制结果
  1   0111*1111   09
  2   0100*1110   19
  3   0101*1111   29
  4   0000*1110   39
  5   0010*1111   49
  6   1011*1110   59
  7   1010*1111   69
  8   1001*1110   79
  9   1101*1111   89
表二、百位、十位和个位字轮同时出现的码及其处理成结果
Figure A20091030097300061
Figure A20091030097300071
表三、其他无规律出现的码及其处理成结果
Figure A20091030097300072
Figure A20091030097300081
Figure A20091030097300091
Figure A20091030097300101
【注】特殊码只会出现在进位的过程中，并且四位码1110出现在1100(十进制代表9)之后，所以特殊码只表达处理成十进制9、99、999和9999。其他按正常处理，即读取每个字轮的二进制码后直接处理成十进制，如0110*0101*0001*0010即为1234读数，对应关系如表四。
表四、二进制码后直接处理成十进制对应关系表
  序号   字轮二进制码(一组循环码)   处理成十进制结果
  1   1111   0
  2   0111   0
  3   0110   1
  4   0100   2
  5   0101   2
  6   0001   3
  7   0000   4
  8   0010   4
  9   0011   5
  10   1011   6
  11   1010   6
  12   1000   7
  13   1001   8
  14   1101   8
  15   1100   9
  16   1110   9
本发明前述只提及光电对射式绝对式编码器，其结构原理也同样适合用于光电反射式等其他形式。
本发明可直接应用于水表、电表和气表等直读远传仪表的计数器上，用于读出每个字轮的无接触敏感元件安装在垂直于字轮轴的平面直径上，无接触敏感元件包括光电元件的发射光电管1、接收光电管2、发射板10、接收板11。
如图3、图4、图6所示，在字轮5码盘上也可以是四条码道，每条码道都由透光和不透光两部分组成，同样借助于四对敏感元件发射光电管1、接收光电管2读出了一种二进制码，这样在一个字轮5的一整圈中，四个敏感元件产生了16种不同的信号状态，即每次以循环码的形式从一个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，且在每条码道透光与不透光的角度至少变化一次。
本发明采用最少的四个敏感元件，可以简化结构和装配工艺，使因元器件的问题而出错的概率大大降低，同时节约了成本。如目前现有的此类编码器都是采用五对或五对以上光敏元件对一个字轮的角位置进行采样。表五是以四字轮的编码器为例对比本发明与其他此类编码器需要的光敏元件数量：
表五、以四字轮的编码器与其他此类编码器需要的光敏元件数量对比
  本发明四位编码器   五位编码器   七位编码器
  普通形式   32只   40只   56只
  采用导光板   11只   13只   17只
另外，单个字轮只产生16种信号状态，减轻了单片机的负担。
如图10所示，以机械读数从198，角位置每增加18度，进位到200为例的一种过程，可知本发明完全满足实际的需要。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种四位角编码器，包括发射光电管、接收光电管、字轮、拨轮、线路板，其特征是仅用四对敏感元件和特殊的字轮码道来读出字轮所处位置的一组信息，并采用特殊码对比的方法最终来确定字轮的读数，将机械读数数字0、2、4、6、8或1、3、5、7、9都分别分成两段码进行识别，并将后一段码扩展至下一个数字的机械识别区域；所述的字轮(5)设有若干组，装配在字轮轴(3)上，拨轮(6)设有若干组，装在拨轮轴(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种四位角编码器，其特征在于所述的编码器端部字轮轴(3)上设有挡光罩(4)，挡光罩(4)内侧设有接收板(11)，接收板(11)内侧设第一组字轮，接收板(11)与接收光电管(2)及线路板(9)连接。
3.根据权利要求2所述的一种四位角编码器，其特征在于所述的第一组字轮与第二组字轮之间同样设有挡光罩，还设有发射板(10)，发射板(10)与发射光电管(1)及线路板(9)连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种四位角编码器，其特征在于在字轮(5)上设有同心的三条码道，每条码道都由透光和不透光两部分组成，借助于四个发射光电管(1)和一个接收光电管(2)读出了一种二进制码，这样在一个字轮(5)的一整圈中，四个敏感元件产生了16种不同的信号状态，即每次以循环码的形式从一个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，并且在每条码道透光与不透光的角度至少变化一次。
5.根据权利要求1或2所述的一种四位角编码器，其特征在于在字轮(5)上设有同心的四条码道，每条码道都由透光和不透光两部分组成，借助于四对发射光电管(1)和接收光电管(2)读出了一种二进制码，这样在一个字轮(5)的一整圈中，四个敏感元件产生了16种不同的信号状态，即每次以循环码的形式从一个状态到另一个状态时，只有一个信号改变，并且在每条码道透光与不透光的角度至少变化一次。
6.根据权利要求1或2所述的一种四位角编码器，其特征在于所述的编码器外侧设有遮光架(8)，遮光架(8)与字轮轴(3)、线路板(9)连接成一体。
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