CN102980604A

CN102980604A - 光电直读解码器及解码方法

Info

Publication number: CN102980604A
Application number: CN2012105001995A
Authority: CN
Inventors: 邓生根; 汪恒宇; 熊金华
Original assignee: Shenzhen Huaxu Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Guizhou Huaxu Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102980604B

Abstract

本发明涉及一种光电直读解码器及解码方法，用于对仪表的机械字轮的计数予以解码而自动读表，包括中央处理器、红外光电传感器模组、通信组件和直流电源；初始时，设置中央处理器的Cr脚为低电平，对传感器模组的红外光发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据进行ADC逐级量化处理，获取动态平均阈值电压VHLavr、接收低电平时的平均值电压VHavr和接收高电平时的平均值电压VLavr，通过比较VLavr+V和VHLavr，区分逻辑电平“0”和“1”，解出红外收发管对所对应的数码，再通过通信组件将数据传输出去。本发明光电直读解码器及解码方法解码稳定可靠。

Description

光电直读解码器及解码方法

技术领域 本发明涉及计量仪表光电传感技术，尤其是涉及水表、气表和电表等仪表的机械计数器字轮上的数字解码转成可供仪表识别的数字信号的光电直读解码器及解码方法。

背景技术 目前，在IC卡仪表和远程抄表的仪表中，采用光电传感技术实现对机械字轮数据解码的技术越来越普及了，其优点在于无需定期去采样脉冲计量信号，只需要读取数据的时候才通电读取字轮数据，省电、可靠。光电直读仪表采用的字轮主要有反射式和透射式两种，透射式字轮因编码也比较容易，易于加工，因此最为普及。然而，现有技术中，采用光电传感技术的光电直读仪表，解码数据与字轮数据有时候不一致、存在稳定可靠性不高等缺陷。

发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种稳定可靠的光电直读解码器及解码方法。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制作一种光电直读解码器，用于对仪表上机械字轮的计数进行解码实现自动读表，包括中央处理器、至少一组红外光电传感器模组、通信组件和直流电源；所述中央处理器具有通信接口、至少四路ADC接口和至少五路I/O端口；一组红外光电传感模组对应仪表的一个字轮，包括至少四对红外收发管对，每对红外收发管对包括一个红外光发射二极管和一个红外光敏三极管；红外光发射二极管的负极与红外光敏三极管的发射极相连并接至中央处理器的Cr脚，红外光发射二极管的正极串联一电阻接至中央处理器的I/O端口，红外光敏三极管的集电极接至中央处理器的ADC接口和串联一电阻连接至直流电源；初始时，设置中央处理器的Cr脚为低电平，对红外光电传感器模组的红外光发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的Vce进行ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这四组逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码，最后经通信接口和通信组件将数据传输出去。

所述通信接口为USART接口。

一般而言，仪表的机械字轮有多个，对应地，本发明光电直读解码器具有多组红外光电传感模组，每组红外光电传感模组又具有四对以上的红外收发管对；中央处理器具有不少于红外收发管对数量的ADC接口和I/O端口；每个红外光电传感模组上所有红外光敏三极管的发射极与红外光发射二极管的负极全部相连在一起并连接至中央处理器上相对应的一个Cr脚；初始时，中央处理器设置选定需要解码的红外光电传感模组所对应的Cr脚为低电平，无需解码的红外光电传感模组所对应的Cr脚为高电平，依次对该模组的红外发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测对应红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”。采用该方法继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这四组逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码。接着设置已解码字轮的红外光电传感模组的Cr脚为高电平，释放操作控制权限。设置下一组字轮的红外光电传感模组的Cr为低电平，依照上述的解码方法逐个解出该组红外光电传感模组上各红外收发管对各所对应字轮的数码。

各红外收发管所包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管的红外线波长一致。

本发明的另一发明目的是：

提出一种光电直读解码的方法，用于对仪表的机械字轮的计数予以解码，包括如下步骤：

A. 设置中央处理器、至少一组红外光电传感器模组、通信组件和直流电源；所述中央处理器具有通信接口、至少四路ADC接口和至少五路I/O端口；一组红外光电传感模组对应仪表的一个字轮，包括至少四对红外收发管对，每对红外收发管对包括一个红外光发射二极管和一个红外光敏三极管；

B. 将红外光发射二极管的负极与红外光敏三极管的发射极相连并接至中央处理器的Cr脚，将红外光发射二极管的正极串联一电阻接至中央处理器的I/O端口，将红外光敏三极管的集电极接至中央处理器的ADC端口和串联一电阻连接至直流电源；

C. 初始时，设置中央处理器的Cr脚为低电平，对红外光电传感器模组的红外光发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据进行ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这四组逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码，最后经通信接口和通信组件将数据传输出去。

所述步骤A中，设置多组红外光电传感模组，每组红外光电传感模组又设置相同数量的多对红外收发管对；对应地，中央处理器具有不少于红外收发管对数量的ADC接口和I/O端口；在所述步骤B中，将每个红外光电传感模组上所有红外光敏三极管的发射极与红外光发射二极管的负极全部相连在一起并连接至中央处理器上相对应的一个Cr脚；所述步骤C中，初始时，中央处理器设置选定需要解码的红外光电传感模组所对应的Cr脚为低电平，依次对该模组的红外发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测对应红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”。采用该方法继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这四组逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码；然后逐组解出各组红外光电传感模组所对应的字轮的数码。

同现有技术相比较，本发明光电直读解码器及解码方法的技术效果在于：1. 能够侦测红外光强大小，动态调节用于区分逻辑“0”和“1”的比较电压阈值，有效解决了红外收发管对所发的红外光易受外界红外光或者电磁的干扰、比较电压阈值不可调的缺陷，确保解码的正确性和稳定性；2.红外发射二极管和红外光敏三极管的红外线波长一致，进一步确保正确解码。

附图说明

图1是本发明光电直读解码器的电路原理示意图。

具体实施方式 以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

本发明光电直读解码器，用于对仪表的机械字轮的计数予以解码而自动读表，其电路原理结构如图1所示，包括中央处理器10、多组红外光电传感器模组20、通信组件30和直流电源40；所述中央处理器10选用综合型的高性能单片机，具有内置的USART通信接口、多路ADC接口和多路I/O端口，以及一个以上可编程定时/计数器；各所述红外光电传感模组20包括四对以上的红外收发管对（图中只画给出五对红外收发管对的实例，每个红外光电传感模组20包括的红外收发管对的对数和全部的红外收发管对的对数，可根据所服务的仪表机械字轮数量来相应设计和确定，根据数据读取需要，光电传感器模组采用并联方式挂载方式，可设置n个该种模组），五对红外收发管对对应仪表的一个字轮，该红外收发管对包括一个红外光发射二极管和一个红外光敏三极管；以图1中所示的每组红外光电传感模组30包括五对红外收发管对为例，各模组分别简称为J1、J2、……Jn，模组J1包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管分别简称为：D1-1和Q1-1、D1-2和Q1-2 、D1-3和Q1-3、 D1-4和Q1-4、 D1-5和Q1-5，模组J2包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管分别简称为：D2-1和Q2-1、D2-2和Q2-2 、D2-3和Q2-3、 D2-4和Q2-4、 D2-5和Q2-5，……,模组Jn包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管分别简称为：Dn-1和Qn-1、Dn-2和Qn-2 、Dn-3和Qn-3、 Dn-4和Qn-4、 Dn-5和Qn-5。每个红外光电传感模组20上所有红外光敏三极管的发射极与红外光发射二极管的负极全部相连在一起并连接至中央处理器10上相对应的一个Cr脚（为区别和方便说明，中央处理器10的各Cr脚分别称为Cr1、Cr2……Crn）,也即，D1-1至D1-5的负极和Q1-1至Q1-5的发射极全部相连并接至中央处理器10的Cr1脚，D2-1至D2-5的负极和Q2-1至Q2-5的发射极全部相连并接至中央处理器10的Cr2脚，……,Dn-1至Dn-5和Qn-1至Qn-5的发射极全部相连并接至中央处理器10的Crn脚。各红外光发射二极管的正极串联一电阻接至中央处理器10的各I/O端口，各模组的同序列的红外光发射二极管的正极可以共用一个电阻，也即，D1-1至Dn-1的正极共同串联一电阻R6接至中央处理器10的第一个I/0端口Tx1，D1-2至Dn-2的正极共同串联一电阻R7接至中央处理器10的第二个I/0端口Tx2，D1-3至Dn-3的正极共同串联一电阻R8接至中央处理器10的第三个I/0端口Tx3，D1-4至Dn-4的正极共同串联一电阻R9接至中央处理器10的第四个I/0端口Tx4，D1-5至Dn-5的正极共同串联一电阻R10接至中央处理器10的第五个I/0端口Tx5。各红外光敏三极管的集电极接至中央处理器10的各ADC端口和串联一电阻连接至直流电源40，也即，Q1-1至Qn-1的集电极接至中央处理器10的第一个ADC接口（网络名称为Rx1,如图1中所示）并串联一电阻R1连接至直流电源40，Q1-2至Qn-2的集电极接至中央处理器10的第二个ADC接口（网络名称为Rx2,如图1中所示）并串联一电阻R2连接至直流电源40，Q1-3至Qn-3的集电极接至中央处理器10的第三个ADC接口（网络名称为Rx3,如图1中所示）并串联一电阻R3连接至直流电源40，Q1-4至Qn-4的集电极接至中央处理器10的第四个ADC接口（网络名称为Rx4,如图1中所示）并串联一电阻R4连接至直流电源40，Q1-5至Qn-5的集电极接至中央处理器10的第五个ADC接口（网络名称为Rx5,如图1中所示）并串联一电阻R5连接至直流电源40。初始时，中央处理器10设置选定需要解码的红外光电传感模组20所对应的Cr脚为低电平，其它无需解码的红外光电传感模组所对应的Cr脚置为高电平，依次对该模组的红外发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测对应红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”。采用该方法继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这四组逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码。接着设置已解码字轮的红外光电传感模组的Cr脚为高电平，释放操作控制权限。设置下一组字轮的红外光电传感模组的Cr为低电平，依照上述的解码方法逐个解出该组红外光电传感模组上各红外收发管对各所对应字轮的数码。

为了确保精确解码，本发明中，各红外收发管所包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管的红外线波长一致，红外光发射二极管和红外光敏三极管分布于字轮的两侧，字轮上开有投射小孔，红外光发射二极管和红外光敏三极管的安装角度和位置一一对应。

下面结合图1说明下本发明光电直读解码器及解码方法的解码过程。

以解码光电传感器模组J1的D1-1和Q1-1管对为例说明具体的解码过程。中央处理器10初始化以后，设置Cr1为低电平，Cr2到Crn设置为高电平，Tx1先对红外光发射二极管D1-1发射先发送高电平“1”50us，然后Rx1采样红外光敏三极管Q1-1的集电极导通压降Vce，ADC转换并记录其数值VLvr；Tx1再对红外光发射二极管D1-1发送低电平“0”50us，然后Rx1采样红外光敏三极管Q1-1的集电极导通压降Vce，ADC转换并记录其数值VHvr；Tx1如此往复发送高/低电平序列各8次，Rx1分别采样检测Vce各8次，去除采样过程中VHvr和VLvr各自的最大值和最小值，计算VHvr的平均值VHavr以及VLvr的平均值VLavr，再计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”。在Tx1发送高/低脉冲序列驱动D1-1时，如果红外光发射二极管所处的位置有透射孔，无论为半开或全开，测得的数据VLavr 小于VHLavr；如果红外光发射二极管所处的位置无透射孔，则红外光无法穿透字轮，则测得的数据VHavr 与VLavr基本相同，为了保证数据可正确判断，我们通过设置一个偏置常量V，并使它与VLavr相加，比较“VLavr + V”与VHLavr的大小，当“VLavr+V”大于或等于VHLavr时，判定此时为高电平“1”，否则为低电平“0”，至此已经解码出一对红外收发管对数码。

依照同样的测量方法，通过Tx2发射,Ｒx2接收继续解码光对管D1-2和Q1-2、通过Tx3发射,Ｒx3接收继续解码光对管D1-3和Q1-3、通过Tx4发射,Ｒx4接收继续解码光对管D1-4和Q1-4、通过Tx5发射,Ｒx5接收继续解码光对管D1-5和Q1-5，至此解完J1模组的所有红外收发管对后对并对这五个逻辑电平进行组合编码得出一个5位二进制代码，再查询真值表得到与字轮显示相同的数值，最终，一组光电传感器模组对应的字轮的解码完成。

参照上述解码方法、通过中央处理器10设置Crn（n为选中的光电传感器模组号）为低电平，其它不需要解码的光电传为高电平，可继续解码下一组光电传感器模组，实现对其它字轮的解码。

完成对所有字轮解码后，中央处理器10通过USART接口将数据送至通讯组件并与其它设备进行数据传输。

此解码方法，对红外光发射二极管发送的一定周期的高/低电平脉冲序列，没有直接读取红外光敏三极管转换时的开关量，而是通过ADC逐次量化处理，即使中间出现其它干扰，也通过去除最大值和最小值，再取平均值运算将干扰时Rx上所读到的Vce数据剔除了，同时比较的门槛电压也是动态变化的，提高了抗干扰的性能。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种光电直读解码器，用于对仪表的机械字轮的计数进行解码实现自动读表，其特征在于：包括中央处理器（10）、至少一组红外光电传感器模组（20）、通信组件（30）和直流电源（40）；所述中央处理器（10）具有通信接口、至少四路ADC接口和至少五路I/O端口；一组红外光电传感模组（20）对应仪表的一个字轮，包括至少四对红外收发管对，每对红外收发管对包括一个红外光发射二极管和一个红外光敏三极管；红外光发射二极管的负极与红外光敏三极管的发射极相连并接至中央处理器（10）的Cr脚，红外光发射二极管的正极串联一电阻接至中央处理器（10）的I/O端口，红外光敏三极管的集电极接至中央处理器（10）的ADC接口和串联一电阻连接至直流电源（40）；初始时，设置中央处理器（10）的Cr脚为低电平，对红外光电传感器模组（20）的红外光发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据进行ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这些逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码，最后经通信接口通过通信组件（30）将数据传输出去。

2.如权利要求1所述的光电直读解码器，其特征在于：所述通信接口为USART接口。

3.如权利要求1所述的光电直读解码器，其特征在于：具有多组红外光电传感模组（20），每组红外光电传感模组（20）又具有相同数量的多对红外收发管对；中央处理器（10）具有不少于红外收发管对数量的ADC接口和I/O端口；每个红外光电传感模组（20）上所有红外光敏三极管的发射极与红外光发射二极管的负极全部相连在一起并连接至中央处理器（10）上相对应的一个Cr脚；初始时，中央处理器（10）设置选定需要解码的红外光电传感模组（20）所对应的Cr脚为低电平，依次对该模组的红外发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测对应红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这些逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码，然后逐组解出各组红外光电传感模组（20）所对应的字轮的数码。

4.如权利要求3所述的光电直读解码器，其特征在于：各红外收发管所包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管的红外线波长一致。

5.一种光电直读解码的方法，用于对仪表的机械字轮的计数予以解码，其特征在于，包括如下步骤：

A.设置中央处理器（10）、至少一组红外光电传感器模组（20）、通信组件（30）和直流电源（40）；所述中央处理器（10）具有通信接口、至少四路ADC接口和至少五路I/O端口；一组红外光电传感模组（20）对应仪表的一个字轮，包括至少四对红外收发管对，每对红外收发管对包括一个红外光发射二极管和一个红外光敏三极管；

B.将红外光发射二极管的负极与红外光敏三极管的发射极相连并接至中央处理器（10）的Cr脚，将红外光发射二极管的正极串联一电阻接至中央处理器（10）的I/O端口，将红外光敏三极管的集电极接至中央处理器（10）的ADC接口和串联一电阻连接至直流电源（40）；

C.初始时，设置中央处理器（10）的Cr脚为低电平，对红外光电传感器模组（20）的红外光发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据进行ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；采用该方法继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这些逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码，再经通信接口通过通信组件（30）将数据传输出去。

6.如权利要求5所述的光电直读解码的方法，其特征在于：所述通信接口为USART接口。

7.如权利要求5所述的光电直读解码的方法，其特征在于：所述步骤A中，设置多组红外光电传感模组（20），每组红外光电传感模组（20）又设置相同数量的多对红外收发管对；对应地，中央处理器（10）具有不少于红外收发管对数量的ADC接口和I/O端口；在所述步骤B中，将每个红外光电传感模组（20）上所有红外光敏三极管的发射极与红外光发射二极管的负极全部相连在一起并连接至中央处理器（10）上相对应的一个Cr脚；所述步骤C中，初始时，中央处理器（10）设置选定需要解码的红外光电传感模组（20）所对应的Cr脚为低电平，依次对该模组的红外发射二极管发出一定周期的高/低电平脉冲信号，同时检测对应红外光敏三极管上的Vce，并对采样到的数据ADC逐级量化处理，获取接收红外脉冲序列低电平时的平均值电压VHavr和接收红外脉冲序列高电平时的平均值电压VLavr，计算VLavr和VHavr之和并除以2后得到的动态平均阈值电压VHLavr，比较VLavr+V（V为偏置常量）和VHLavr，当（VLavr+V）＞VHLavr时，得到的逻辑电平为“1”，否则为逻辑电平“0”；采用该方法继续计算同一组字轮上的其它红外收发管对的逻辑电平，并对这些逻辑电平进行组合编码，再通过软件查表解出红外收发管对所对应的字轮的数码。

8.如权利要求7所述的光电直读解码的方法，其特征在于：各红外收发管所包括的红外光发射二极管和红外光敏三极管的红外线波长一致。