CN102629338A - 一种仪表编码字轮装置及编码方法 - Google Patents

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一种仪表编码字轮装置及编码方法，包括光发射板(1)、光接收板(2)、解码电路板(3)、编码字轮(4)和字轮轴(5)。本发明具有既可人工读数、也可用电子手段读取数据，电子读数过程解决字轮在联动进位过程中产生的误读问题，电子读数与人工读数完全吻合。

Description

一种仪表编码字轮装置及编码方法
技术领域
本发明涉及一种仪表编码字轮装置及其编码方法，尤其是智能水表和智能燃气表中的计数器光电编码字轮装置结构及编码方法技术领域。
背景技术
基于光电子的绝对角度编码技术已经逐渐应用于远传水表、远传气表等相关计量仪表中，其通过字轮光电编码技术把字轮圆周端面上的人工读数转换为光电信号编码，再通过解码转化为电子读数。但由于光电编码字轮旋转一周所产生的编码个数过少、分辨率过低或均匀度较差，导致计数器字轮在联动进位时，容易产生读数错误事件。比如：当水表用水量正从199过渡到200时，很有可能因为字轮进位时，字轮无法做到完全同步进位，误读为299或100。造成电子读数错误。近年来，已出现了高分辨率且角度均匀的编码字轮装置，但是其使用的编码器过于复杂，成本过高，生产工艺要求严格，产品稳定性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种仪表编码字轮装置及编码方法，实现水表和燃气表的数据远传。通过使用本发明改造过的水表或燃气表即可以通过人工目视编码字轮读取数据，也可以通过编码字轮及相关电子系统自动把字轮读数远传到上位抄收平台或数据中心服务器。重要的是本发明通过一种低成本的方案实现了仪表字轮在联动进位时会出现的读数误差问题。其发明内容如下：
一种仪表编码字轮装置，包括光发射板、光接收板、解码电路板、编码字轮和字轮轴。本发明特征是，光发射板和光接收板分别置于编码字轮的两侧，与编码字轮的圆形码盘成平行状。
编码字轮包括以字轮轴心为中心的圆形码盘和环设于圆形码盘边缘的数字端面，数字端面上均匀分布有‘0’～‘9’的10个人工读数数字字符，数字端面的一侧分布了20个从动进位齿，数字端面的另一侧分布了2个主动进位齿(这是典型的机械计数器字轮结构，其优点是相邻字轮间能实现十进制联动进位，缺点是无法做到完全同步进位)。圆形码盘上以字轮轴心为中心设3个等半径的弧形透光槽，从字轮轴心向弧形透光槽边缘的引线将码盘分成六个扇形区域，分别是3个弧形透光槽区域和3个间于它们之间的间隔区域，所述六个扇形区域依次按顺序的角度比例为：9∶4∶3∶4∶3∶7，且角度偏差范围可以在正负3度之内，最大角度区域是弧形透光槽区域，或者是间于弧形透光槽区域之间的间隔区域。
光发射板和光接收板结构相同，在光发射板和光接收板上分别开设有与编码字轮的字轮轴心同轴心的轴孔，在轴孔上开设有导轴槽；光发射板和光接收板分别平行位于编码字轮的两侧并固定在解码电路板上；光发射板与编码字轮的弧形透光槽同半径的圆周上均匀分布有5个光发射器件，光接收板与编码字轮的弧形透光槽同半径的圆周上均匀分布有5个光接收器件，且光发射器件与其正对着的光接收器件一一配对，每对相配对的光发射器件和光接收器件之间的连线与字轮轴心线平行。
光发射板上的光发射器件、编码字轮上的圆形码盘和光接收板上的光接收器件构成绝对角度编码器。
当编码过程开始时，光发射板上的光发射器件按顺序轮流发光，若光发射器件正对着编码字轮的弧形透光槽，则光线通过弧形透光槽射到光接收板上与其配对的光接收器件，光接收器件再把其转换为电信号，作为编码的一种状态，假设为1，相反，若光发射器件正对着两个弧形透光槽之间的间隔区域，则光线被阻档，无法被与该光发射器件配对的光接收器件接收，这作为另一种状态，假设为0。这样，当5个光发射器件轮流发光一周，便可获得5个光接收器件的状态。这5个光接收器件的状态组合起来就形成一个编码，这个编码就决定了当前字轮所处的角度。也就决定了编码字轮的数字端面上的人工读数。
通过上面所述的编码方式，当编码字轮旋转一周，就会产生30个唯一编码值，若编码字轮的码盘、光发射板和光接收板按非偏差尺寸制作，则每个编码值所占的角度均为12度。每个编码在相邻位置编码的基础上变动一位，最终产生除00000和11111以外的30个5位二进制编码。这样，编码字轮的数字端面上的每个人工读数区域对应3个相邻的编码。
本发明的有益效果如下：
1、通过使用本发明的计量仪表即可以通过人工目视读取仪表数据，也可以通过电子系统读取仪表数据。
2、由于本发明的编码分辨率为30，且角度均匀，实现字轮每旋转12°产生一个新编码，而每个人工读数的数字对应为36°角。所以每个人工读数数字对应3个编码，可分别定义为读数进入区、读数稳定区和读数离开区。若编码字轮装置由多个联动进位的编码字轮进行计数，当编码字轮输出的编码值指示编码字轮处于读数进入区或读数离开区时，便可判断编码字轮正处于联动进位状态，此时，解码电路板中的单片机便能通过逻辑判断解决计数器编码字轮联动进位时所带来的数据误读问题，实现了真正的数据直读。
3、使用本发明的装置成本低，生产工艺要求也低，产品稳定可靠。
4、通过本发明改造过的计量仪表可以实现无源抄收，所以减少了仪表的维护量。
附图说明
图1为本发明一种实施例的装置结构示意图；
图2为图1实施例的字轮立体结构示意图；
图3为图1实施例中字轮的结构示意图；
图4为图1实施例中光发射板结构示意图；
图5为图1实施例中光接收板结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明一种使用本发明的计量仪表编码字轮装置及编码方法。
如图1所示的仪表编码字轮装置，包括光发射板1、光接收板2、解码电路板3、编码字轮4和字轮轴5；光发射板1和光接收板2分别平行位于编码字轮4的两侧并固定在解码电路板3上。
如图2所示，编码字轮4包括以字轮轴心41为中心的圆形码盘42和环设于圆形码盘42边缘的数字端面43。数字端面43上均匀分布有‘0’～‘9’的10个人工读数数字字符45。数字端面的一侧分布了20个从动进位齿44，数字端面的另一侧分布了2个主动进位齿47，圆形码盘42上以字轮轴心41为中心设3个等半径的弧形透光槽46。
如图3所示，从字轮轴心41向弧形透光槽46边缘的引线将圆形码盘42分成六个扇形区域，分别是3个弧形透光槽区域和3个间于它们之间的间隔区域。所述六个扇形区域依次按顺序的角度比例为：9∶4∶3∶4∶3∶7。本实例中取值为：∠a＝108°，∠b＝48°，∠c＝36°，∠d＝48°，∠e＝36°，∠f＝84°，其中，弧形透光槽46的角度分别是108°、36°和36°。
如图4所示，光发射板1和光接收板2结构相同，在光发射板1和光接收板2上分别开设有与编码字轮4的字轮轴心41同轴心的轴孔12，22，在轴孔12，22上开设有导轴槽13，23；光发射板1与编码字轮4的弧形透光槽46同半径的圆周上均匀分布有5个光发射器件11，光接收板2与编码字轮4的弧形透光槽46同半径的圆周上均匀分布有5个光接收器件21，且光发射器件11与其正对着的光接收器件21一一配对，每对相配对的光发射器件11和光接收器件21之间的连线与字轮轴心线平行。
光发射板上1的光发射器件11、编码字轮4上的圆形码盘42和光接收板2上的光接收器件21构成绝对角度编码器。当编码过程开始时，光发射板上1的光发射器件11按顺序轮流发光，若光发射器件11正对着编码字轮4的弧形透光槽46，则光线通过弧形透光槽46射到光接收板2上与其配对的光接收器件21。光接收器件21再把其转换为电信号，作为编码的一种状态，假设为1。相反，若光发射器件1正对着弧形透光槽46之间的间隔区域，则光线被阻档，无法被与该光发射器件11配对的光接收器件21接收，这作为另一种状态，假设为0。这样，当5个光发射器件11轮流发光一周，便可获得5个光接收器件21的状态。这5个光接收器件21的状态组合起来就形成一个编码，这个编码就决定了当前字轮所处角度。
通过上面所述的编码方式，当编码字轮4旋转一周，就会产生30个唯一编码值，且每个编码值所占的角度均为12度，每个编码在相邻位置编码的基础上变动一位，最终产生除00000和11111以外的30个5位二进制编码。这样，编码字轮的数字端面上的每个人工读数区域对应3个相邻的编码，分别定义为读数进入区、读数稳定区和读数离开区。若编码字轮装置由多个联动进位的编码字轮4进行计数，当编码字轮4输出的编码值指示编码字轮4处于读数稳定区时，解码电路板3中的单片机直接译出所出编码值对应的人工读数即可；当编码字轮4输出的编码值指示编码字轮4处于读数进入区或读数离开区时，便可判断编码字轮4正处于联动进位状态，此时，解码电路板3中的单片机便能通过逻辑判断解决计数器编码字轮4联动进位时所带来的数据误读问题，实现了真正的数据直读。

Claims (2)

1.一种仪表编码字轮装置，包括光发射板(1)、光接收板(2)、解码电路板(3)、编码字轮(4)和字轮轴(5)，其特征在于：
A、编码字轮(4)包括以字轮轴心(41)为中心的圆形码盘(42)和环设于圆形码盘(42)边缘的数字端面(43)，数字端面(43)上均匀分布有‘0’～‘9’的10个人工读数数字字符，圆形码盘(42)上以字轮轴心(41)为中心设有3个同半径的弧形透光槽(46)，从字轮轴心(41)向弧形透光槽(46)边缘的引线将圆形码盘(42)分成六个扇形区域，所述六个扇形区域依次按顺序的角度比例为：9∶4∶3∶4∶3∶7，且角度偏差范围可以在正负3度之内，最大角度区域是弧形透光槽区域，或者是间于弧形透光槽区域之间的间隔区域；
B、光发射板(1)和光接收板(2)结构相同，在光发射板(1)和光接收板(2)上分别开设有与编码字轮(4)的字轮轴心(41)同轴心的轴孔(12，22)，在轴孔(12，22)上开设有导轴槽(13，23)；光发射板(1)和光接收板(2)分别平行位于编码字轮(4)的两侧并固定在解码电路板(3)上；光发射板(1)与编码字轮(4)的弧形透光槽(46)同半径的圆周上均匀分布有5个光发射器件(11)，光接收板(2)与编码字轮(4)的弧形透光槽(46)同半径的圆周上均匀分布有5个光接收器件(21)，且光发射器件(11)与其正对着的光接收器件(21)一一配对，每对相配对的光发射器件(11)和光接收器件(21)之间的连线与字轮轴心线平行。
2.根据权利要求1所述的一种仪表编码字轮装置的编码方法，其特征在于，
光发射板(1)上的光发射器件(11)、编码字轮(4)上的圆形码盘(42)和光接收板(2)上的光接收器件(21)构成绝对角度编码器；当编码字轮(4)旋转一周，产生30个唯一编码值，若编码字轮的码盘、光发射板和光接收板按非偏差尺寸制作，则每个编码值所占的角度均为12度，每个编码在相邻位置编码的基础上变动一位，最终产生除00000和11111以外的30个5位二进制编码；编码字轮(4)的数字端面(43)上的每个人工读数区域对应3个相邻的编码。
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