CN101750109A - 一种码盘计数编码器 - Google Patents

Abstract

一种码盘计数编码器，涉及仪表数据光电转换装置。现有技术中，为实现对机械仪表的电子方式读取，采用了光电转换方法将仪表码盘上0～9十个数字转换成十组相对应的电信号的装置，其不足之处是采集数据时，若恰逢低位码盘通过拨轮带动高位码盘进位的临界状态，信号很容易发生转换错误。本发明将码盘的轮幅分为20等份的扇形部，轮幅上开设的两条弧形通槽分为一长槽和一短槽，其中短槽的一端跨设在相邻数字区相邻的扇形部中。如此，码盘的轮幅优化为20等份的扇形部，轮幅上开设的两条通槽按限定的位置和弧长安排，既满足了排除误码的要求，又优化了编码器的结构和加工、装配工序。

Description

一种码盘计数编码器

【技术领域】

本发明涉及仪表数据光电转换装置，具体地是一种码盘式仪表的数据变换装置。

【背景技术】

目前大部分水表、燃气表都是机械式的，需要人工目测仪表数据，然后记录备用。为了实现对上述机械仪表的电子方式读取，出现了采用光电转换方法将仪表码盘上0～9十个数字转换成十组相对应的电信号的装置，其不足之处是采集数据时，若恰逢低位码盘通过拨轮带动高位码盘进位的临界状态，信号很容易发生转换错误，即没有进位可能会得到已经进位的数据，而已经进位却可能得到没有进位的数据，从而不能正确显示实际读数。

此外，现有的技术方案中的发光元件为双向设置且没有涉及遮光装置，信号容易受到外界光源干扰。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种防止仪表数据进位时产生误码的码盘计数编码器，提高计数器光电转换的准确性和可靠性，结构优化，降低加工装配要求且制造成本低。本发明的进一步目的是防止外界光源干扰码盘的光电信号。

本发明的技术方案如下：一种码盘计数编码器，包括横置的码盘轴和套装在码盘轴上的复数个码盘，码盘的两侧设置复数个对应的信号发射元件和信号接收元件，所述的信号接收元件连接一编码板，所述码盘的轮幅上开设两条弧形通槽，所述的轮幅分为20等份的扇形部，相邻的两个扇形部构成一个数字区，各数字区按0～9依序排列，所述的两条弧形通槽的长度为扇形部的整数倍，两条弧形通槽分为一长槽和一短槽，其中短槽的一端跨设在相邻数字区相邻的扇形部中。当然，长槽的设置位置也可根据需要作相应安排。

随着码盘的转动，各信号发射元件发出光信号，其中有的光信号通过通槽到达信号接收元件，有的光信号则被码盘挡住，将各信号发射元件编号，信号接收元件将变化和未变化的光线编号记录并发送给编码板，即为一组信号。

为了正确无误地识别码盘的0～9十个数字，特别是低位码盘在从9向0转动时，高位码盘读数正处于变位的临界位置。所以，至少需要识别20个位置的电信号，包括0～9等10个数字的确定位置及其相邻数字之间的临界过渡位置，此20个位置的电信号可以为后续的软件程序判别读数是否正确提供数据上的支持。但是，若识别的位置划分过多，需要的传感器件越多，加工装配精度越高，成本就越高。而且能够得到20个位置的电信号的码盘结构种类很多，需要优化。

经过反复测试和研究比较，本发明将码盘的轮幅分为20等份的扇形部，轮幅上开设两条弧形通槽，分为一长槽和一短槽，两条弧形通槽的长度为扇形部的整数倍，其中短槽的一端跨设在相邻数字区的相邻扇形部中。如此，码盘每转过一个扇形部的弧度，则至少有一个通槽的端部与一个信号发射元件在轴向上发生了一次交叉，发生交叉的信号发射元件发出的光信号能否到达信号接收元件的状态也就发生改变，即得到了另外一组不同的信号。

对于防止解读误码而言，只要使临界位置不产生误码即可，故每个数字区分为两个扇形部为最佳方案，过多的划分对鉴别误码无更多意义，如此，只需要在码盘轮幅上开两条通槽，设置20个扇形部，即可使得码盘转动一圈产生20组信号，即防止误码，又优化了结构，避免了复杂结构导致的加工装配问题，有助于控制制造成本。与此同时，均分数字区后，临界状态码每次均规则出现，有助于简化编程及提高识别的准确可靠性。

作为上述技术方案的进一步完善和优化，本发明采取如下措施：

所述的弧形通槽设于码盘半径的2/3处。通槽位置过低则会影响信号的准确度，过高则会导致通槽外的码盘部分过薄而不牢固。同理，所述的弧形通槽的宽度最佳为码盘半径的1/4。

所述的信号发射元件和信号接收元件分别固装在发射板和接收板上，所述的发射板和接收板间隔地套装在码盘轴上并连接在平置的编码板上，编码板上设置编码处理电路。该编码处理电路包括用于逻辑判断误码的控制芯片，该控制芯片对信号接收元件的发来的信号进行编码处理。

所述的码盘两侧设有竖置的带盖板的轮状遮光罩，遮光罩侧壁上设有通光孔，发射板与接收板被封罩在对应的遮光罩内。遮光罩上的通光孔引导光线从发射板射向接收板，整个遮光罩排除外界光源的干扰。

所述的发射板上单面设置信号发射元件，并在信号发射元件的发光处设缺口，所述的接收板上设置信号接收元件。所述的信号发射元件和信号接收元件分别是贴片式发光二极管和光敏元件。在一个轴向上，只需一个发光二极管即可向一个发射板的两侧发出足够的光线，减少电子元件和发射板的使用量，节约成本和降低装配难度。

所述的发光二极管的侧壁固定在发射板上，发光二极管的两个引脚分跨于所述的缺口的两侧。对贴片的发光二极管相对发射板的位置做改进，使其侧壁固定在发射板上，发光处位于缺口处，以实现双向发光。

所述的信号发射元件和信号接收元件分布在以码盘轴为中心的圆周上，共有5对并且均匀分布。5对信号接收元件就意味着每组信号有5位，能够满足装置所需的20组信号的数量需求。

与现有技术相比，本发明的突出优点是：码盘的轮幅优化为20等份的扇形部，轮幅上开设的两条通槽按限定的位置和弧长安排，既满足了排除误码的要求，又优化了编码器的结构和加工、装配工序，同时有助于提高数据转换的识别准确性。增设遮光部件和提供一发光元件双向发射信号的结构，有效地排除外界光源的干扰，使光信号稳定准确，明显地减少了发生元件和发射板的数量和装配难度。

【附图说明】

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明分解图；

图3为本发明的发射板侧视图；

图4为本发明的发射板上缺口的分布图(即图3的后视图)；

图5为本发明的第一种码盘的弧形通槽分布图；

图6为本发明的第二种码盘的弧形通槽分布图；

图7为本发明的第三种码盘的弧形通槽分布图；

图8为本发明的第四种码盘的弧形通槽分布图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作详细描述。

参图1-4，一种码盘计数编码器，包括横置的码盘轴1和套装在码盘轴上的4个码盘2，各个码盘2的两侧分别设置套装在码盘轴1上的发射板3和接收板4，发射板3上单面设有贴片发光二极管8，并在发光二极管8的发光处设缺口9，接收板4上设光敏元件。发光二极管8的侧壁(而不是常规的底部)固定在发射板3上，其两个引脚分跨于缺口9的两侧。在一个轴向上，只需一个发光二极管8即可向一个发射板的两侧发出足够的光线，减少电子元件使用量，节约成本。

发射板3和接收板4竖置连接在编码板7上，发光二极管8和光敏元件分布在以码盘轴1为中心的圆周上，并且均匀分布。所述的发射板3与接收板4由轮状遮光罩5封罩。遮光罩5由罩体和盖板组成，竖置于码盘2两侧，并在侧壁上设有引导光线从发射板射向接收板的通光孔，整个遮光罩5排除外界光源对本发明光电信号的干扰。

所述码盘2的轮幅上开设两条弧形通槽6，所述的轮幅分为20等份的扇形部，即每个扇形部的扇形角为18°，相邻的两个扇形部构成一个数字区，各数字区按0～9依序排列。所述的两条弧形通槽6的长度为扇形部的整数倍，两条弧形通槽6分为一长槽和一短槽，其中短槽的一端跨设在相邻数字区的相邻扇形部中，例如图5所示的数字区的7与8相邻的扇形部7b与8a中；图6所示的数字区的8与9相邻的8b与9a中。对于长槽而言，可以使其一端跨设在相邻数字区的相邻扇形部中，如图5的数字区2和3相邻的扇形部2b和3a中，图7的扇形部0b与1a中。

弧形通槽6设于码盘2半径的2/3处，宽度为码盘半径的1/4。

发射板3上的各发光二极管8发出光线，其中有的光线通过码盘上2的通槽6到达接收板4上的光敏元件，有的光线则被码盘2无通槽处挡住。将发光二极管8编号，光敏元件将变化和未变化的光线编号记录并发送到编码板7，即为一组信号，编码板7上设置编码处理电路，编码处理电路包括用于逻辑判断误码的控制芯片，该控制芯片对光敏元件的发来的信号进行编码处理并输出正确信号。

在码盘2转动过程中通槽6与的发光二极管8相对位置发生改变，而码盘2每转过18°，也就是一个扇形部的弧度，此时各发光二极管8发出的光线到达光敏元件的编号会发生改变，即得到了另外一组不同的信号。如此，码盘2转动一圈产生20组信号，每一个数字区对应两组信号，换言之，各有两组信号分别对应一个数字区的前后两个扇形部。

两个通槽的位置相互关系是根据循环二进制码，即格雷码确定的，保证相邻组信号只有一位差别，因而不会出现跳跃式变化。图5-8示出两条弧形通槽6与扇形部相对应的长度和位置：

图5：长槽为为7个扇形部，短槽为3个扇形部，两者相隔也是7个扇形部和3个扇形部。

图6：长槽为为6个扇形部，短槽为2个扇形部，两者相隔分别是9个扇形部和3个扇形部。

图7：长槽为为7个扇形部，短槽为5个扇形部，两者相隔分别是6个扇形部和2个扇形部。

图8：长槽为为5个扇形部，短槽为3个扇形部，两者相隔分别是10个扇形部和2个扇形部。

在图5 8中，A、B、C、D、E为五对发光二极管和光敏元件，箭头示意为光线垂直射入码盘，光线通过通槽6的代表1，则图3所示的码盘产生的20组格雷码是10011，10001，10101，00101，00111，00011，01011，01010，01110，00110，10110，10100，11100，01100，01101，01001，11001，11000，11010，10010。若光线通过通槽6的代表0，则得到的格雷码是上述的反码，上述格雷码转换成十进制数字可以表示为0a，0b，1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a，4b，5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b，9a，9b。

如图4所示的码盘，光线通过通槽6的代表1，产生的格雷码为01000，01001，11001，11000，10000，10010，10011，10001，00001，00101，00111，00011，00010，01010，01110，00110，00100，10100，11100，01100。转换成十进制数字可以表示为0a，0b，1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a，4b，5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b，9a，9b。

如图5所示的码盘，光线通过通槽6的代表1，产生的格雷码为01001，11001，11011，11010，10010，10011，10111，10101，00101，00111，01111，01011，01010，01110，11110，10110，10100，11100，11101，01101。转换成十进制数字可以表示为0a，0b，1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a，4b，5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b，9a，9b。

如图6所示的码盘，光线通过通槽6的代表1，产生的格雷码为01001，11001，10001，10000，10010，10011，00011，00001，00101，00111，00110，00010，01010，01110，01100，00100，10100，11100，11000，01000。转换成十进制数字可以表示为0a，0b，1a，1b，2a，2b，3a，3b，4a，4b，5a，5b，6a，6b，7a，7b，8a，8b，9a，9b。

根据上述在码盘转动时预设形成的格雷码，通过相应编程软件的分析处理，弃用其中的误码，只输出正确位置读书的格雷码，从而实现准确计数。以19进位到20为例，低位码盘由9转到0，高位码盘由1转到2，进位过程中会出现四种组合1b9b、1b0a、2a0a或2a9b，显然1b0a和2a9b这个两个数据是误码，因为高位数字1到了尾部b，低位的不可能还是0a，所以应当判断为已经进位，正确读数应为2a0a，即为20。同理，低位数字为9b，高位数字2不应当在首部a，而应该在尾部b，所以应当判断为没有进位，正确读数应为1b9b，即为19。

Claims (9)

1.一种码盘计数编码器，包括横置的码盘轴(1)和套装在码盘轴上(1)的复数个码盘(2)，码盘(2)的两侧设置复数个对应的信号发射元件和信号接收元件，所述的信号接收元件连接一编码板(7)，所述码盘(2)的轮幅上开设两条弧形通槽(6)，其特征在于：所述的轮幅分为20等份的扇形部，相邻的两个扇形部构成一个数字区，各数字区按0～9依序排列，所述的两条弧形通槽(6)的长度为扇形部的整数倍，两条弧形通槽(6)分为一长槽和一短槽，其中短槽的一端跨设在相邻数字区相邻的扇形部中。

2.根据权利要求1所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的弧形通槽(6)设于码盘(2)半径的2/3处。

3.根据权利要求2所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的弧形通槽(6)的宽度为码盘半径的1/4。

4.根据权利要求1所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的信号发射元件和信号接收元件分别固装在发射板(3)和接收板(4)上，所述的发射板(3)和接收板(4)间隔地套装在码盘轴(1)上，并连接在平置的编码板(7)上，编码板(7)上设置编码处理电路。

5.根据权利要求4所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的码盘(2)两侧设有竖置的带盖板的轮状遮光罩(5)，遮光罩(5)侧壁上设有通光孔，发射板(3)与接收板(4)被封罩在对应的遮光罩(5)内。

6.根据权利要求5所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的发射板(3)上单面设置信号发射元件，并在信号发射元件的发光处设缺口(9)，所述的接收板(4)上信号接收元件设在缺口(9)对应处。

7.根据权利要求1或3或6所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的信号发射元件和信号接收元件分别是贴片式发光二极管(8)和光敏元件。

8.根据权利要求7所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的发光二极管(8)的侧壁固定在发射板(3)上，发光二极管(8)的两个引脚分跨于所述的缺口(9)的两侧。

9.根据权利要求7所述的一种码盘计数编码器，其特征在于：所述的信号发射元件和信号接收元件分布在以码盘轴(1)为中心的圆周上，共有5对并且均匀分布。

Images