CN103278205A - 一种仪表编码字轮装置及直读方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仪表编码字轮装置，其中一种方案包括数字字轮和通过传动装置与其连接在一起的编码字轮；所述编码字轮与数字字轮的一侧均设置有观察窗。另一种方案包括数字字轮和与其贴合在一起后安装在数字字轮传动轴上的编码字轮；所述数字字轮两侧均设置有观察窗。上述两种方案的编码字轮一侧的观察窗外侧还设置有用于读取编码字轮的编码图案的直读模块。上述两种方案的编码字轮的柱面上分布有二十组编码图案，在仪表读数时，直读模块扫描编码图案并处理成二进制直读编码，直读模块内的译码器依据低位字轮的直读编码对照相应的高位字轮纠错编码本，对相邻高位字轮直读编码纠错，就解决了相邻数字过渡或相邻两个字轮联动进位时出现误读的问题。

Description

一种仪表编码字轮装置及直读方法

技术领域

本发明涉及计量表计数器，具体涉及一种用于计量表计数器的编码字轮装置及直读方法。

背景技术

直读式水表根据直读方式不同有电阻式、光电式和摄像式等。

光电直读远传水表，具有抄读精度高，无源、无累计储存，抗抖动、抗电磁干扰等优点。目前，字轮光电读数方式都是在每个字轮端面的一侧或两侧安装光电直读模块，即在字轮间需要插入光电直读模块，不易将光电直读模块与字轮完全隔离开，而这种湿式水表的字轮是设置在液体中的，这样光电直读模块在液体中工作一段时间后，光电直读模块就会出现误读或失去直读的功能。光电直读模块必须做好防水密封，不然会漏电短路造成光电直读模块损坏。目前为了防水问题，一种采用了干式水表的技术，但是不能抗强磁干扰；另一种采用了液封和胶封技术，但这种技术对生产工艺和材料要求高，并且现在的技术尚不能确保光电直读模块长期正常工作，并且光电直读模块因液封和胶封导致维修和更换困难。

摄像式直读水表是在水表显示窗的上面加装一个摄像头，对字轮数字或图形编码进行拍照，然后用计算机进行图像或编码识别。这种水表的摄像模块等电子装置独立于机械水表结构外的，所以不存在解决防水问题和容易维修更换的优点。但对阿拉伯数字直接拍照的摄像水表其图像识别难度较大，识别率低，易出现盲区和进位误读的问题。对图形编码拍照的摄像水表其图像识别难度较小，但采用计算机或单片机系统处理方式价格昂贵。并且现在的很多编码方法都不能保证在数字过渡和进位时不出现误读。

正专利号200710022026.6《字符编码计量指示字轮的图像直读方法》中也指出的03113051.8《轮式计数器计数的远程采集、传输的方法》在字符过渡时会出现误码。但专利号200710022026.6的字轮并未完全解决这个问题，在识读过渡编码时仍然会出现误读码、重复编码的问题。如2的过渡编码112100可能误读为012100，4的过渡编码012101可能误读为012100，这样当读数为误读码012100时无法确定是2还是4。除此之外还有几处也会出现误读过渡编码，从而计算机或单片机将无法进行准确的读出数据。同时在低位字轮在9、0过渡时，相邻高位字轮也在两个数字间过渡，可能出现低位的数字9、0变动与相邻高位的数字变动不同步而出现误读（比如将正确的29读成了20或39）。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的仪表编码字轮装置及直读方法解决了现有的计量指示字轮在相邻数字过渡和相邻两个字轮联动进位时出现误读的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的仪表编码字轮装置包括两种方案：方案一为：提供一种仪表编码字轮装置，其包括数字字轮和编码字轮，数字字轮的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；所述编码字轮的柱面上均匀地分布有二十组首尾相连的编码图案，每组编码图案与传动轴平行，每组编码图案都是五位数的二值条形编码图案，每两组编码图案有一位二值条形编码图案不相同，每两组编码图案与一个阿拉伯数字对应 ；所述编码字轮与数字字轮之间设置有传动装置；所述编码字轮与数字字轮的一侧均设置有观察窗；编码字轮一侧的观察窗外侧设置有用于读取编码字轮编码图案的直读模块。

本方案将编码字轮与数字字轮分开设置，使得编码字轮厚度可以适当加大，这样使得每组编码的宽度更宽；优选直读模块为光电直读模块，光电直读模块由依次连接在一起的光学系统、探测器、信号整形电路和译码器组成。

优选地，所述传动装置为齿轮传动装置，其包括中心齿轮和两个从动齿轮，一个从动齿轮安装在数字字轮的传动轴上，另一个从动齿轮安装在编码字轮的安装轴上，中心齿轮分别与两个从动齿轮啮合。

优选地，所述编码字轮的柱面宽度为3mm-5mm。

本发明的另一种方案为：提供一种仪表编码字轮装置，其包括数字字轮和编码字轮，数字字轮的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；所述编码字轮的柱面上均匀地分布有二十组首尾相连的编码图案，每组编码图案与传动轴平行，每组编码图案都是五位数的二值条形编码图案，相邻两组编码图案有一位二值条形编码图案不相同，每两组编码图案与一个阿拉伯数字对应 ；所述数字字轮两侧均设置有观察窗，其中一个观察窗的外侧设置有用于读取编码字轮编码的直读模块。

本方案是将编码字轮与数字字轮贴合在一起，数字字轮间隔较小，由于贴合在一起的编码字轮厚度不大，每组编码的的宽度较窄，优选直读模块采用分辨率更高的摄像直读模块；所述摄像直读模块由依次连接在一起的图像传感器、数字信号处理器DSP和译码器组成。

优选地，所述编码字轮的柱面的宽度为1.5mm-2.5mm。

优选地，所述数字字轮的直径等于编码字轮的直径。

采用上述两种仪表编码字轮装置两种方案对编码字轮的编码图案进行直读的方法包括如下步骤：

A、启动电源后，仪表接收到远端抄表中心发送的读表指令后，控制编码字轮装置的光电直读模块或摄像直读模块采用横向扫描的方式对每个编码字轮上首尾相连的编码图案进行扫描，并形成对应的电波信号或图像数字信号；

B、光电直读模块或摄像直读模块将形成的电波信号或图像数字信号处理后转换成二进制直读编码；

C、然后通过光电直读模块或摄像直读模块内部的译码器依次从低位到高位对各编码字轮的直读编码逐一进行判断纠错；当低位字轮编码为11100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本一 进行纠错为标准编码；当低位字轮编码为10100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本二进行纠错为标准编码；当低位字轮编码非11100和10100时，高位字轮直读编码不变；然后再以纠错后的高位字轮编码当作低位字轮编码，译码器对相邻更高位字轮直读编码进行纠错，如此方式直到完成最高位字轮的直读编码纠错。

D、最后译码器将各字轮纠错后的编码对照标准编码本译码为阿拉伯数字的读数，然后输出数据。

本发明的有益效果为：

1、编码字轮的柱面上分布的二十组编码图案，每组编码图案与其相邻的编码图案有一位二值条形编码图案不相同，这样在编码过渡区的读数只能读成相邻两个编码的一个，不会出现专利号ZL 03113051.8和ZL 200710022026.6读码时出现重复编码误码的问题。另外每个阿拉伯数字都有两组编码图案与之对应，这两组编码图能分别对应这阿拉伯数字过渡的初位置或末位置状态。在高位字轮进位时，低位字轮处在9末位置编码11100和0初位置编码10100之间，对照相应的高位字轮纠错编码本，就可以对高位字轮出现误读的编码纠错。

2、方案一采用价格相对较低的光电直读模块，使水表价格得到了控制；方案二中由于将数字字轮和编码字轮贴合在一起，间隙较小，为了同样能够达到较好的读数精度，所以采用的价格相对较高的摄像直读模块。

3、观察窗将直读模块与液体分离开，使直读模块位于仪表内部的一个独立腔体内且不需要液封或胶封，解决了现有技术中因直读模块防水不佳导致仪表寿命短和直读模块不容易维修和更换的问题。 

附图说明

图1为方案一中的仪表编码字轮装置的结构示意图；

图2为方案一中的仪表编码字轮装置的侧视示意图；

图3为方案二中的仪表编码字轮装置的结构示意图；

图4为方案二中的仪表编码字轮装置的侧视图；

图5为高位字轮纠错编码本一的示意图；

图6为高位字轮纠错编码本二的示意图；

图7为编码字轮的柱面上编码图案的展开图及对应的标准编码本。

其中，1、编码字轮；2、传动装置；21、从动齿轮；22、中心齿轮；3、数字字轮；4、直读模块；5、观察窗；6、传动轴。

具体实施方式

实施例一

如图1、图2、图5、图6和图7所示，该仪表编码字轮装置包括数字字轮3和编码字轮1，数字字轮3的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；所述编码字轮1的柱面上均匀地分布有二十组首尾相连的编码图案，每组编码图案与传动轴6平行，每组编码图案都是五位数的二值条形编码图案，相邻两组编码图案有一位二值条形编码图案不相同，每两组编码图案与一个阿拉伯数字对应；所述编码字轮1与数字字轮3之间设置有传动装置2；所述编码字轮1与数字字轮3的一侧均设置有观察窗5；编码字轮1一侧的观察窗5外侧设置有用于读取编码字轮1编码的直读模块4。

本方案由于编码字轮1的宽度较大，读数比较直观，直读模块4选用光电直读模块进行读数，光电直读模块由依次连接在一起的光学系统、探测器、信号整形电路和译码器组成。

传动装置2为齿轮传动装置，其包括中心齿轮22和两个从动齿轮21，一个从动齿轮21安装在数字字轮3的传动轴6上，另一个从动齿轮21安装在编码字轮1的安装轴上，中心齿轮22分别与两个从动齿轮21啮合。

编码字轮1的柱面宽度为3mm-5mm。

编码字轮1与数字字轮3之间通过传动装置2连接，流体流过计数仪表时，数字字轮3在流体的作用下开始旋转来实现对流体流量进行计数，数字字轮3转动的同时通过传动装置2带动一侧的编码字轮1做同速转动，然后通过读取编码字轮1的柱面上均匀地分布的二十组首尾相连的编码图案来解决误读的问题。

用该方案的仪表编码字轮装置对编码字轮1的编码图案进行直读的方法为：

启动电源后，仪表接收到远端抄表中心发送的读表指令后，控制编码字轮装置的光电直读模块的光学系统、探测器采用横向扫描的方式对每个编码字轮1上首尾相连的编码图案进行扫描，形成电波信号，再经信号整形电路处理成符合二值化的电波信号；通过译码器将电波信号转换成二进制直读编码；

然后通过光电直读模块内部的译码器依次从低位到高位对各编码字轮的直读编码逐一进行判断纠错；当低位字轮编码为11100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本一 进行纠错为标准编码；当低位字轮编码为10100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本二进行纠错为标准编码；当低位字轮编码非11100和10100时，高位字轮直读编码不变；然后再以纠错后的高位字轮编码当做低位字轮编码，译码器对相邻更高位字轮直读编码进行纠错，如此方式直到完成最高位字轮的直读编码纠错；

最后译码器将各字轮纠错后的编码对照标准编码本译码为阿拉伯数字的读数，然后输出数据到远端抄表中心。

实施例二

如图3、图4、图5、图6和图7所示，该仪表编码字轮装置包括数字字轮3和编码字轮1，数字字轮3的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；所述编码字轮1的柱面上均匀地分布有二十组首尾相连的编码图案，每组编码图案与传动轴6平行，每组编码图案都是五位数的二值条形编码图案，相邻两组编码图案有一位二值条形编码图案不相同，每两组编码图案与一个阿拉伯数字对应；所述编码字轮1与数字字轮3贴合在一起后安装在数字字轮3的传动轴6上；所述数字字轮3两侧均设置有观察窗5，其中一个观察窗5的外侧设置有用于读取编码字轮1编码的直读模块4。

本方案是将编码字轮1与数字字轮3贴合在一起，数字字轮3间隔较小，由于贴合在一起的编码字轮1厚度不大，每组编码的的宽度较窄，所以直读模块4采用分辨率更高的摄像直读模块，所述摄像直读模块由依次连接在一起的图像传感器、数字信号处理器DSP和译码器组成。

为了使编码字轮装置的结构比较紧凑，所述编码字轮1的柱面的宽度为1.5mm-2.5mm；数字字轮3的直径等于编码字轮1的直径。

用该方案的仪表编码字轮装置对编码字轮1的编码图案进行直读的方法为：

启动电源后，仪表接收到远端抄表中心发送的读表指令后，控制编码字轮装置的摄像直读模块的图像传感器采用横向扫描的方式对每个编码字轮1上首尾相连的编码图案进行扫描，形成图像数字信号；接着数字信号处理器DSP将图像数字信号进行预处理、二值化和边缘后转化成二进制直读编码。

然后通过摄像直读模块内部的译码器依次从低位到高位对各编码字轮的直读编码逐一进行判断纠错；当低位字轮编码为11100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本一进行纠错为标准编码；当低位字轮编码为10100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本二进行纠错为标准编码；当低位字轮编码非11100和10100时，高位字轮直读编码不变；然后再以纠错后的高位字轮编码当做低位字轮编码，译码器对相邻更高位字轮直读编码进行纠错，如此方式直到完成最高位字轮的直读编码纠错；

最后译码器将各字轮纠错后的编码对照标准编码本译码为阿拉伯数字的读数，然后输出数据到远端抄表中心。

综上所述，通过扫描编码字轮1上的柱面上均匀地分布的二十组首尾相连的编码图案，就能够解决了数字字轮3的相邻数字过渡出现误读的问题，以及直读模块4内的译码器依据低位字轮的直读编码对照相应的高位字轮纠错编码本纠错，比如应该是29和30之间，误读成了39或20，那么根据上述方式将39纠错为29，将20纠错为30；这样就完全避免了字轮进位时产生误读的问题。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种仪表编码字轮装置，包括数字字轮（3），数字字轮（3）的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；其特征在于：还包括编码字轮（1）；所述编码字轮（1）与数字字轮（3）之间设置有传动装置（2）；所述编码字轮（1）与数字字轮（3）的一侧均设置有观察窗（5）；编码字轮（1）一侧的观察窗（5）外侧设置有用于读取编码字轮（1）上的编码图案的直读模块（4）。

2.根据权利要求1所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述直读模块（4）为摄像直读模块或光电直读模块，光电直读模块由依次连接在一起的光学系统、探测器、信号整形电路和译码器组成；所述摄像直读模块由依次连接在一起的图像传感器、数字信号处理器DSP和译码器组成。

3.根据权利要求1所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述传动装置（2）为齿轮传动装置，其包括中心齿轮（22）和两个从动齿轮（21），一个从动齿轮（21）安装在数字字轮（3）的传动轴（6）上，另一个从动齿轮（21）安装在编码字轮（1）的安装轴上，中心齿轮（22）分别与两个从动齿轮（21）啮合。

4.根据权利要求1-3任一所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述编码字轮（1）的柱面宽度为3mm-5mm。

5.一种仪表编码字轮装置，包括数字字轮（3），数字字轮（3）的柱面上均匀地分布有0-9的10个阿拉伯数字；其特征在于：还包括编码字轮（1）；所述编码字轮（1）与数字字轮（3）贴合在一起后安装在数字字轮（3）的传动轴（6）上；所述数字字轮（3）两侧均设置有观察窗（5），其中一个观察窗（5）的外侧设置有用于读取编码字轮（1）上的编码图案的直读模块（4）。

6.根据权利要求5所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述直读模块（4）为摄像直读模块或光电直读模块，光电直读模块由依次连接在一起的光学系统、探测器、信号整形电路和译码器组成；所述摄像直读模块由依次连接在一起的图像传感器、数字信号处理器DSP和译码器组成。

7.根据权利要求5或6所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述编码字轮（1）的柱面的宽度为1.5mm-2.5mm。

8.根据权利要求7所述的仪表编码字轮装置，其特征在于：所述数字字轮（3）的直径等于编码字轮（1）的直径。

9.一种仪表编码字轮装置的直读方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、启动电源后，仪表接收到远端抄表中心发送的读表指令后，控制编码字轮装置的光电直读模块或摄像直读模块采用横向扫描的方式对每个编码字轮（1）上首尾相连的编码图案进行扫描，并形成对应的电波信号或图像数字信号；

B、光电直读模块或摄像直读模块将形成的电波信号或图像数字信号处理后转换成二进制直读编码；

C、然后通过光电直读模块或摄像直读模块内部的译码器依次从低位到高位对各编码字轮的直读编码逐一进行判断纠错；当低位字轮编码为11100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本一 进行纠错为标准编码；当低位字轮编码为10100时，译码器将高位字轮的直读编码对照高位字轮纠错编码本二进行纠错为标准编码；当低位字轮编码非11100和10100时，高位字轮直读编码不变；然后再以纠错后的高位字轮编码当做低位字轮编码，译码器对相邻更高位字轮直读编码进行纠错，如此方式直到完成最高位字轮的直读编码纠错；

D、最后译码器将各编码字轮纠错后的编码对照标准编码本译码为阿拉伯数字的读数，然后输出数据。

10.根据权利要求9所述的仪表编码字轮装置的直读方法，其特征是：所述编码字轮（1）的柱面上均匀地分布有二十组首尾相连的编码图案，每组编码图案与传动轴（6）平行，每组编码图案都是五位数的二值条形编码图案，相邻两组编码图案有一位二值条形编码图案不相同，两组编码图案与一个阿拉伯数字对应。

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