CN104913822B

CN104913822B - 抗自然光干扰的智能燃气表及燃气采样检测方法

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Publication number: CN104913822B
Application number: CN201510401038.4A
Authority: CN
Inventors: 彭红军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2018-07-13
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN104913822A

Abstract

本发明提供抗自然光干扰的智能燃气表，采样板设置元器件的一面朝向采样字轮，且采样板上的光电探头与采样字轮圆周的距离不大于1mm。采样字轮上设置数字和反光面，数字包括基准数字和普通数字，在反光面的上方和下方设置基准数字，基准数字的高度略低于普通数字。本发明还提供燃气采样检测方法，包括光保护检测步骤、采样步骤和待机步骤。本发明的燃气表通过控制采样板与采样字轮的距离、选择合适的采样字轮颜色，使外界光线的入射量减少，减小光电开关管发射电流，提高智能燃气表的可靠性。本发明的燃气检测方法通过光保护检测步骤保证检测的有效性，待机步骤实现工作的低能耗。

Description

抗自然光干扰的智能燃气表及燃气采样检测方法

技术领域

本发明涉及光电采样智能燃气表领域，尤其涉及能够抗自然光干扰的智能燃气表及燃气采样检测方法。

背景技术

现有的智能燃气表大多是采用磁电转换(即干簧管)结构进行采样方式。这种技术存在以下的缺点：一、结构上无法避免“偷气”，利用磁铁吸合采样干簧管，就可以阻止智能燃气表进行采样。也有的燃气表通过加装额外的干簧管以“侦测”外部磁铁的干扰，但是这种磁保护和采样所用的干簧管基本工作原理相同，这种方案仍然存在保护盲区。

二、干簧管在安装时需要对引脚成型，可能带来损伤且定位困难。干簧管外壳是玻璃结构，抗损伤能力差，在运输、搬运、安装过程中都可带来损坏；由于其机械结构特性，燃气管道的振动等因素可能造成误采样；再者，磁钢需要人工粘结在字轮上，会略微破坏字轮平衡，磁钢长期使用存在磁性退化现象，造成采样不可靠问题。

目前，也有光电直读式的燃气表，但由于光电直读式燃气表容易受到外界光线，特别是自然光的影响，因此抗干扰性能差。为了解决干扰的问题，一些燃气表采用光电编码器。但是，这种检测器的结构复杂，且光电编码板与主板的连接容易由于焊接不良以及连接机械强度小的原因，产生故障。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明中提供抗自然光干扰的智能燃气表，有效控制外界光线的入射量和入射角度，同时减小光电管发射电流，提高其可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

抗自然光干扰的智能燃气表，包括采样板和采样字轮，采样板上设置元器件，元器件包括光电开关管，光电开关管包括光电探头，采样板设置所述元器件的一面朝向采样字轮，且采样板上的光电探头与采样字轮圆周的距离不大于1mm。光电探头与采样字轮圆周的距离指采样字轮的圆心至光电探头的垂直距离减去采样字轮的半径，通过控制这两者的距离，使光电开关管的感光区域控制在1mm以内，使外界光线进入光电开关管的入射量减少，从而减小光电开关管发射电流，提高智能燃气表的可靠性。

在一种优选的实施方式中，采样字轮上设置数字和反光面，所述数字包括基准数字和普通数字，在反光面的上方和下方设置基准数字，所述基准数字的高度略低于所述普通数字。在满足国标对字轮数字的高、宽要求下，加入足够的反光面后不会影响在燃气表窗口观察数字。样字轮上的反光面结合基准数字设置在一起，使采样板能够准确读取采样字轮的转动，同时肉眼也能观察到采样字轮的转动，解决了现有的直接在数字上设置反光面而导致光线的反射方向过散的问题。

在一种优选的实施方式中，采样板的表面设置黑色涂覆层。黑色涂覆层能够有效地吸收外界光线，防止采样板中光电开关管受到外部干扰。

在一种优选的实施方式中，采样字轮采用青色、蓝色、紫色、黑色中一种或多种。青色的波长范围为485-500nm，蓝色的波长范围为440-485nm，紫色的波长范围为380-440nm。这些颜色选择波长远离红外光(范围波长范围760-1000nm)的颜色，防止采样字轮反射或透射红外光。

在一种优选的实施方式中，反光面为白色或银色。

在一种优选的实施方式中，采样板位于采样字轮的上方或下方，使自然光不能够直接照到所述采样板上。通过设置采样板的位置来控制外界光线的入射角度，从而防止外界的光线反射进入采样板的光电开关管。由于智能燃气表的外壳上必须开设观察窗口，且该观察窗口应对准采样字轮方便观察，因此将采用板设置在采样字轮的上下方，使其远离观察窗口，使自然光不能直接照射到采样板上，从而降低自然光的干扰。

在一种优选的实施方式中，光电开关管与反光面处于同一竖直面，使光电开关管的检测距离尽量短，检测结果最准确。

在一种优选的实施方式中，还包括单片机接口XS1，所述单片机接口XS1包括单片机接口PTControl、单片机接口IRControl、单片机接口Sample和电源接口VCC，所述采样板上还包括负载电阻RL、限流电阻RF、上拉电阻RPU、晶体管VF、晶体管VS，所述限流电阻RF一端连接电源接口VCC，另一端连接所述光电开关管的发射端正极(A端)，所述光电开关管的发射端负极(K端)连接所述晶体管VF的发射极，所述晶体管VF的基极连接单片机接口IRControl，所述光电开关管的接收管集电极(C端)连接负载电阻RL、晶体管VS的基极，所述负载电阻RL连接单片机接口PTControl，所述晶体管VS的集电极连接上拉电阻RPU、单片机接口Sample，所述上拉电阻RPU连接电源接口VCC，还包括单片机，所述单片机连接所述单片机接口XS1。

本发明还提供使用上述智能燃气表的燃气采样检测方法，包括以下的光保护初始化步骤：

步骤S1011，置负载电阻端(PTControl)、晶体管VF的基极端(IRControl)端为高电平；

步骤S1012，判断晶体管VS集电极端(Sample)的电平，如果电平为高，单片机进行光保护处理后进入步骤S1015，如果电平为低，进入步骤S1013；

步骤S1013，置晶体管VF的基极端(IRControl)为低电平，负载电阻端(PTControl)为高电平；

步骤S1014，开启光电开关管，将晶体管VS集电极端(Sample)的稳定电平值(last)发送至单片机；

步骤S1015，置晶体管VF的基极端(IRControl)端为高电平，负载电阻端(PTControl)为低电平，关闭光电开关管。

本步骤中的光保护处理指，单片机接收到采样板识别到光干扰后，由单片机发出处理指令，处理指令可以为报警、关闭燃气管的阀门等处理措施。通过该光保护初始化步骤，在燃气检测前通过光保护检测、以及对各个电器元件的控制，减少测量的误差。

在一种优选的实施方式中，在步骤S1015后还包括以下采样检测步骤：

步骤S1016，置负载电阻端(PTControl)、晶体管VF的基极端(IRControl)为高电平；

步骤S1017，判断晶体管VS集电极端(Sample)的电平，如果电平为高，单片机进行光保护处理，停止采样，如果电平为低，进入步骤S108；

步骤S1018，采样检测，晶体管VF的基极端(IRControl)端为低电平，开启光电开关管；

步骤S1019，当晶体管VS集电极端(Sample)的电平与稳定电平值(last)的电平相反时，单片机进行采样。

在一种优选的实施方式中，在步骤S1019之后还包括以下步骤：

步骤S102，待机阶段，置负载电阻端(PTControl)为低电平、晶体管VF的基极端(IRControl)端为高电平，

且从所述步骤S1011到所述步骤S1019的工作时间为T1，所述步骤S1011到步骤S102的工作时间为T，所述T满足以下公式：1000T1<T<3600*N/Q，其中N为反射面所在字轮的数位，Q为燃气表最大流量(m³/h)。

为了实现低功耗，设置单片机以T为周期控制采样板进行一次检测。每次检测所用时间为T1，即从步骤S1011到步骤S1019所用的时间；在步骤S102中，由于PTControl端为低电平、IRControl端为高电平，晶体管VF和晶体管VS的功耗基本为零。由于光电开关管在单位小时的工作电流为mA量级，T1的单位为ms，T的单位为h，为了控制采样板在单位小时的工作电流为uA量级，必须保证T/T1的值大于1000。同时，T与燃气表可能通过的最大流量Q(m³/h)、反射面所处字轮N在所有字轮中的数位有关。最长的检测周期Tmax满足：Tmax＝3600×N/Q。例如，燃气表中从左到右设置八个采样字轮，这八个采样字轮中，五个表示整数位，三个表示小数位，八个采样字轮能够表示的最大数字是99999.999，反射面设置在第二个小数位上，则N＝0.01。3600指3600s。假设Q＝6，则通过公式可计算出Tmax＝3600×0.01/6＝6(S)。

本发明的有益效果为：

1)控制采样板与采样字轮的距离，使外界光线的入射量减少，从而减小光电开关管发射电流，提高智能燃气表的可靠性；

2)采样字轮上的反光面结合基准数字设置在一起，解决了直接在数字上设置反光面而导致光线的反射方向过多的问题，使反光面的光反射方向较为一致，提高光电开关管的检测有效性；

3)反光面、采样字轮、数字以及采样板采用特殊的颜色提高光电开关管的检测结果的准确率；

4)利用光保护检测步骤能够有效地防止人为的光干扰，保证检测的准确性；

5)通过对采样板的采样工作时间的控制，实现采样板的低功耗工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种实施方式中，八个采样字轮组合的结构示意图；

图2是本发明的一种实施方式中，抗自然光干扰的智能燃气表的结构示意图；

图3是本发明的一种实施方式中，设置反光面的采样字轮的印刷示意图；

图4是本发明的一种实施方式中，采样板的电路结构图；

图5是本发明的一种实施方式中，燃气采样检测方法的光保护初始化过程；

图6是本发明的一种实施方式中，燃气采样检测方法的采样检测过程；

图7是本发明的一种实施方式中，燃气采样检测方法的采样检测过程。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的抗自然光干扰的智能燃气表，如图1，包括采样板2和采样字轮组1，采样板2上设置元器件，元器件包括光电开关管2.1，光电开关管2.1包括光电探头(图未示)，采样板2设置元器件的一面朝向采样字轮组1。如图2-3，采样字轮组1包括八个采样字轮。其中，五个表示整数位，三个表示小数位，在表示第二个小数位上的采样字轮1.0上设置反光面1.3。采样字轮1.0每转一圈表示用气为0.1方气。采样板2上的光电探头与采样字轮1.0圆周的距离不大于1mm，即采样字轮1.0的圆心到光电探头的距离，再减去采样字轮1.0的半径的结果不大于1mm。采样字轮1.0上设置数字和反光面1.3，所述数字包括基准数字1.1和普通数字1.2，在反光面1.3的上方和下方设置基准数字1.1，基准数字1.1的高度略低于普通数字1.2，宽度与普通数字1.2一样。在满足国标对字轮数字的高、宽要求下，加入足够的反光面后不会影响在燃气表窗口观察数字。采样板2位于采样字轮组1的下方，使自然光不能够直接照到所述采样板2上。

为了降低外界的干扰，在一种优选的实施方式中，采样板2的表面设置黑色涂覆层2.2。采样字轮组1.0的底色采用青色、蓝色、紫色、黑色中一种或多种。反光面1.3为白色或银色。

在一种优选的实施方式中，光电开关管2.1与反光面1.3处于同一竖直面，使光电开关管2.1的检测距离尽量短，检测结果最准确。

在一种优选的实施方式中，如图4，还包括单片机接口XS1，单片机接口XS1包括单片机接口PTControl、单片机接口IRControl、单片机接口Sample和电源接口VCC，采样板2上还包括负载电阻RL、限流电阻RF、上拉电阻RPU、晶体管VF、晶体管VS，限流电阻RF一端连接电源接口VCC，另一端连接光电开关管2.1的发射端正极(A端)，光电开关管2.1的发射端负极(K端)连接晶体管VF的发射极，晶体管VF的基极连接单片机接口IRControl，光电开关管2.1的接收管集电极(C端)连接负载电阻RL、晶体管VS的基极，负载电阻RL连接单片机接口PTControl，晶体管VS的集电极连接上拉电阻RPU、单片机接口Sample，上拉电阻RPU连接电源接口VCC，还包括单片机，所述单片机连接所述单片机接口XS1。光电开关管2.1的红外接收管发射极(E端)、晶体管VF的集电极和晶体管VS的发射极都接地。单片机接口XS1连接单片机，单片机可以设置在采样板上，也可以设置在智能燃气表的控制板上。

上述结构的智能燃气表的工作过程如下：

用气时，燃气表的字轮转动。光电开关管向采样字轮发射红外线，采样字轮在转动时，其表面将红外线反射回光电开关管。当采样字轮的反光面对准光电开关管时，将红外线反射回光电开关管，采样板进入采样处理流程。采样字轮继续转动，红外线发射到普通数字上时，光电开关管接收的红外线信号较弱，直到采样字轮的反光面再次转动到光电开关管时，光电开关管再次接收到强红外线信号，完成对采样字轮转动一圈的采样，此时，单片机记录采样字轮的相关信息。单片机通过周期性重复上述检测过程，从而检测到字轮的转动(进入反射面或者离开反射面)表明是否有采样发生。

如图5，本发明还提供使用上述智能燃气表的燃气采样检测方法，包括以下的光保护初始化步骤：

步骤S1011，置负载电阻端(PTControl)、晶体管VF的基极端(IRControl)为高电平；

步骤S1012，判断晶体管VS发射极端(Sample)的电平，如果电平为高，单片机进行光保护处理后进入步骤步骤S1015，如果电平为低，进入步骤S1013；

步骤S1014，开启光电开关管，将晶体管VS发射端(Sample)的稳定电平值(last)发送至单片机，稳定电平值(last)可以为高电平，也可以为低电平；

当置负载电阻端(PTControl)、晶体管VF的基极端(IRControl)为高电平，如果没有强光干扰，那么光电开关管VL的CE端是无法接通的，晶体管VS集电极端(Sample)应该为低电平。如果出现强光干扰，则光电开关管VL的CE端接通，晶体管VS集电极端(Sampl)应该为高电平。通过步骤S1011-S1012来检查是否有强光干扰。如果有强光，则通过光保护处理，这里的光保护处理指，单片机接收到采样板识别到光干扰后，由单片机发出处理指令，处理指令可以为报警、关闭燃气管的阀门等处理措施。

在步骤S1015后还包括以下采样检测步骤：

步骤S1017，判断晶体管VS集电极端(Sample)的电平，如果电平为高，单片机进行光保护处理后进入步骤S102，如果电平为低，进入步骤S108；通过在每次检测前都进行光保护检测，保证每次检测的结果都是有效的。

步骤S108采样检测，晶体管VF的基极端(IRControl)端为低电平，开启光电开关管；

如图6，当采样字轮从非反射面转动到反射面时，判断晶体管VS集电极端(Sample)的电平是否为高电平，如果晶体管VS集电极端(Sample)为高电平，且稳定电平值(last)为低电平，那么采样板进行采样。如果晶体管VS集电极端(Sample)为低电平，或是体管VS集电极端(Sample)为高电平，但稳定电平值(last)也为高电平，则不进行采样，直接进入步骤S102。

如图7，当采样字轮从反射面转动到非反射面时，判断晶体管VS集电极端(Sample)的电平是否为低电平，如果晶体管VS集电极端(Sample)为低电平，且稳定电平值(last)为高电平，那么采样板进行采样。如果晶体管VS集电极端(Sample)为高电平，或是晶体管VS集电极端(Sample)为低电平，但稳定电平值(last)也为低电平，则不进行采样，直接进入步骤S102。

在本发明的检测步骤中，利用光电开关管发射端发射红外光，通过采样字轮反射后被光电开关管的接收端接收。由于采样字轮上反射面和非反射面的反光特性不同，光电管接收端对应的光电流也存在差别，根据采样字轮所处位置，晶体管VS集电极端(Sample)将呈现高、低电平；再辅助软件识别，可判断出采样字轮从反射面转到非反射面的过程或从非反射面转到反射面的过程，判断是否发生了采样。

且从所述步骤S1011到所述步骤S1019的工作时间为T1，所述步骤S1011到步骤S102的工作时间为T，所述T满足以下公式：1000T1<T<3600*N/Q，其中N为反射面所在字轮的数位，Q为燃气表最大流量(m³/h)。通过步骤S102,以及对T的工作时间进行设置，能够实现燃气表工作的低能耗。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.抗自然光干扰的智能燃气表，包括采样板和采样字轮，所述采样板上设置元器件，所述元器件包括光电开关管，所述光电开关管包括光电探头，其特征在于：所述采样板设置所述元器件的一面朝向所述采样字轮，且所述采样板上的光电探头与所述采样字轮圆周的距离不大于1mm；

所述采样字轮上设置数字和反光面，所述数字包括基准数字和普通数字，在所述反光面的上方和下方设置所述基准数字，所述基准数字的高度略低于所述普通数字；

所述采样字轮采用青色、蓝色、紫色、黑色中一种或多种；

所述采样板位于所述采样字轮的上方或下方，使自然光不能直接照到所述采样板上，所述光电开关管与反光面处于同一竖直面；

还包括单片机接口XS1，所述单片机接口XS1包括单片机接口PTControl、单片机接口IRControl、单片机接口Sample和电源接口VCC，所述采样板上还包括负载电阻RL、限流电阻RF、上拉电阻RPU、晶体管VF、晶体管VS，所述限流电阻RF一端连接电源接口VCC，另一端连接所述光电开关管的发射端正极(A端)，所述光电开关管的发射端负极(K端)连接所述晶体管VF的发射极，所述晶体管VF的基极连接单片机接口IRControl，所述光电开关管的接收管集电极(C端)连接负载电阻RL、晶体管VS的基极，所述负载电阻RL连接单片机接口PTControl，所述晶体管VS的集电极连接上拉电阻RPU、单片机接口Sample，所述上拉电阻RPU连接电源接口VCC，还包括单片机，所述单片机连接所述单片机接口XS1。

2.根据权利要求1所述的抗自然光干扰的智能燃气表，其特征在于：所述采样板的表面设置黑色涂覆层。

3.根据权利要求1所述的抗自然光干扰的智能燃气表，其特征在于：所述反光面为白色或银色。

4.燃气采样检测方法，其利用权利要求1所述的抗自然光干扰的智能燃气表，包括以下的光保护初始化步骤：

5.根据权利要求4所述的燃气采样检测方法，在步骤S1015后还包括以下采样检测步骤：

步骤S108，采样检测，晶体管VF的基极端(IRControl)端为低电平，开启光电开关管；

6.根据权利要求5所述的燃气采样检测方法，在步骤S1019之后还包括以下步骤：

且从所述步骤S1011到所述步骤S1019的工作时间为T1，所述步骤S1011到步骤S102的工作时间为T，所述T满足以下公式：1000T1<T<3600*N/Q，其中N为反射面所在字轮的数位，Q为燃气表最大流量，m³/h。