CN106372716B - 一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法 - Google Patents
一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法。现有方法编码数量少、精度差，易造成临界位置读数误差。本发明方法中将光敏接收管完全导通状态下光电流的电压记为V，检测工作中光敏接收管光电流的电压V0；当0≤V0≤V/4时为截止状态，表示为“3”；V/4＜V0≤V/2时为“1/3”导通状态，表示为“2”；V/2＜V0≤3V/4时为“2/3”导通状态，表示为“1”；当3V/4＜V0≤V时为全导通状态，表示为“0”，将接收管的状态细分为截止、“1/3”导通、“2/3”导通、全导通四种状态进行编码。本发明方法解决了计数器在联动进位时存在的盲区问题，当光敏接收管安装有所偏差时，依然能找到对应的编码值。
Description
技术领域
本发明属于计量仪器领域，具体涉及一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法。
背景技术
已有的用于计量仪器，仪表的计数器，存在较明显的缺陷之一：编码数量少，精度差，不能准确的区分计数器字轮联动进位时的临界进位位置，容易出现临界位置的盲点，造成临界位置读数误差。有时候为了获得更多的编码数量，或者通过增加光电传感器数量，或者设计更加复杂的计数器结构来实现，这样不仅增加了成本，也增加了加工制造的难度。同时由于增加了传感器数量，对于后期维护也增加了难度，产品的稳定性也会受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法。
本发明中字轮计数装置包括计数器字轮和光电传感器，多个计数器字轮与多个光电传感器间隔设置。
计数器字轮的环形圆周端面上以36°夹角，依次均匀分布“0”～“9”十个数字；计数器字轮侧面上开有与字轮圆同心、在同一圆周上的三个扇环形的第一透光孔槽、第二透光孔槽、第三透光孔槽，其圆心角α、β、γ分别为57°、30°、93°，三个透光孔槽之间的三个扇形不透光带与透光孔槽以计数器字轮中心对称，圆心角相等；计数器字轮的中心开有字轮轴孔。
光电传感器包括线路板，线路板的两侧对应设置五个光发射管和五个光敏接收管，线路板上开有传感器轴孔；五个光敏接收管以传感器轴孔为圆心的同一圆周上间隔33～39°分布，五个光发射管在线路板另一面与五个光敏接收管位置一一对应。
计数器字轮和光电传感器同轴间隔设置，相邻两个光电传感器上相对的五个光发射管和五个光敏接收管构成五对光收发管，计数器字轮设置在相邻两个光电传感器之间。
所述的计数器字轮旋转一周，五对光收发管产生数字编码电信号，对应计数器字轮上的“0”～“9”十个数字。
计数器字轮转动，光发射管发出光信号，当透光孔槽位置处于光发射管与光敏接收管的连线直线上，光信号穿过透光孔槽被光敏接收管接收，光敏接收管处于导通状态，否则光敏接收管处于截止状态，通过检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压将光敏接收管分成四种状态，具体是：
当光敏接收管的投影完全位于透光孔槽投影内时，光敏接收管处于完全导通状态，此时光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V；工作中，检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V0，当0≤V0≤V/4时为截止状态，编码时用数字“3”表示；V/4＜V0≤V/2时为“1/3”导通状态，编码时用数字“2”表示；V/2＜V0≤3V/4时为“2/3”导通状态，编码时用数字“1”表示；当3V/4＜V0≤V时为全导通状态，编码时用数字“0”表示。
具体编码方案如下：
五位编码为10030、00030、00020、00010、00000、00100、00200、00300、00301、00001、00002、00101、00102、00201、00202、01303、02303、01203、02203、01103、02103对应字轮读数“0”；
五位编码为00302、00303、00203、00103、00003、01003、02003、03003、03013、00013、00023、01013、01023、02013、02023、13033、23033、12033、22033、11033、21033对应字轮读数“1”；
五位编码为03023、03033、02033、01033、00033、10033、20033、30033、30133、00133、00233、10133、10233、20133、20233、30332、30331、20331、20332、10332、10331对应字轮读数“2”；
五位编码为30233、30333、20333、10333、00333、00332、00331、00330、01330、01333、02333、01332、02332、01331、02331、03320、03321、03312、03311、03322、03312对应字轮读数“3”；
五位编码为02330、03330、03331、03332、03333、03323、03313、03303、13303、13333、23333、13323、23323、13313、23313、33203、33103、33213、33113、33223、33123对应字轮读数“4”；
五位编码为23303、33303、33313、33323、33333、33233、33133、33033、33032、33332、33331、33232、33231、33132、33131、32030、31030、32130、31130、32230、31230对应字轮读数“5”；
五位编码为33031、33030、33130、33230、33330、32330、31330、30330、30320、33320、33310、32320、32310、31320、01310、20300、10300、21300、11300、22300、12300对应字轮读数“6”；
五位编码为30210、30300、31300、32300、33300、23300、13300、03300、03200、33200、33100、23200、23100、13200、13100、03001、03002、13001、13002、23001、23002对应字轮读数“7”；
五位编码为03100、03000、13000、23000、33000、33001、33002、33003、32003、32000、31000、32001、31001、32002、31002、30013、30023、30012、30022、30011、30021对应字轮读数“8”；
五位编码为31003、30003、30002、30001、30000、30010、30020、30030、20030、20000、10000、20010、10010、20020、10020、00130、00230、00120、00220、00110、00210对应字轮读数“9”。
本发明经过插值重新编码，有效的提高了编码数量，远多于原有的编码数量。不仅可解决计数器在联动进位时存在的盲区问题，而且当光发射管与光敏接收管安装有所偏差时，能保证依然可以找到对应的编码值，提高了编码精度，使计数器读数更为准确，可靠。
附图说明
图1为计数器字轮的结构示意图；
图2为五个光发射管布置示意图；
图3为五个光敏接收管布置示意图。
具体实施方式
一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法，其中字轮计数装置包括计数器字轮1和光电传感器2，多个计数器字轮1与多个光电传感器2间隔设置。
如图1所示，计数器字轮1的环形圆周端面上以36°夹角，依次均匀分布“0”～“9”十个数字；计数器字轮1侧面上开有与字轮中心同心、在同一圆周上的三个扇环形的第一透光孔槽1-1、第二透光孔槽1-2、第三透光孔槽1-3；三个扇环形的第一透光孔槽1-1、第二透光孔槽1-2、第三透光孔槽1-3的圆心角α、β、γ分别为57°、30°、93°，三个透光孔槽之间的三个扇形不透光带与透光孔槽以计数器字轮中心对称，圆心角相等；计数器字轮1的中心开有字轮轴孔1-4。
如图2和3所示，光电传感器2包括线路板2-1、五个光发射管S1、S2、S3、S4、S5和五个光敏接收管R1、R2、R3、R4、R5，光发射管S1、S2、S3、S4、S5设置在线路板2-1的一个侧面，光敏接收管R1、R2、R3、R4、R5设置在线路板2-1的另一个侧面，线路板2-1上开有传感器轴孔2-2；五个光敏接收管R1、R2、R3、R4、R5在线路板2-1上沿以传感器轴孔2-2为圆心的同一圆周间隔36±3°分布，五个光发射管S1、S2、S3、S4、S5在线路板另一面与光光敏接收管R1、R2、R3、R4、R5位置相对。
计数器字轮1和光电传感器2同轴间隔设置，相邻两个光电传感器上相对的五个光发射管和五个光敏接收管构成五对光收发管，计数器字轮设置在相邻两个光电传感器之间，所有的透光孔槽、光发射管和光敏接收管位于同一圆柱的柱面。
如五个光敏接收管在线路板2-1上沿以传感器轴孔2-2为圆心的同一圆周均正好间隔36°分布，传统的编码方式如下：
编码时用数字“0”表示光敏接收管导通，用数字“1”表示光敏接收管截止。光敏接收管R1作为第五位编码数字、光敏接收管R2作为第四位编码数字、光敏接收管R3作为第三位编码数字、光敏接收管R4作为第二位编码数字、光敏接收管R5作为第一位编码数字，组成一个五位编码。
在计数器字轮1读数为0位置时所有光敏接收管处于导通位置。随着字轮的转动，连续采样获得以下三组五位编码：00010、00000、00100。计数器字轮1转动一周，产生25组5位编码，对应0～9十个数字，结合计数器字轮1结构筛选出30组有效的编码，如表1所示。得到编码后，通过查表的方式即可以得到字轮的实际值。
| 读数 | -偏 | 中间值 | +偏 |
| 0 | 00010 | 00000 | 00100 |
| 1 | 00101 | 00001 | 01001 |
| 2 | 01011 | 00011 | 10011 |
| 3 | 10111 | 00111 | 00110 |
| 4 | 01110 | 01111 | 01101 |
| 5 | 11101 | 11111 | 11011 |
| 6 | 11010 | 11110 | 10110 |
| 7 | 10100 | 11100 | 01100 |
| 8 | 01000 | 11000 | 11001 |
| 9 | 10001 | 10000 | 10010 |
表1
由于实际生产过程产生的误差，根据加工要求，光敏接收管在基准线上存在±1.5°的误差(即相邻两个光敏接收管的间隔在标准的36°基础上最大误差为3°)。计数器字轮1转动，光发射管发出光信号，当透光孔槽位置处于光发射管与光敏接收管的连线直线上，光信号穿过透光孔槽被光敏接收管接收，光敏接收管处于导通状态，否则光敏接收管处于截止状态。如果光敏接收管的投影不完全位于透光孔槽投影内，此时无法用“0”和“1"两种状态表示，通过检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压分成四种状态，具体是：
当光敏接收管的投影完全位于透光孔槽投影内时，光敏接收管处于完全导通状态，此时光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V；工作中，检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V0，并做如下设定：当0≤V0≤V/4时为截止状态，编码时用数字“3”表示；V/4＜V0≤V/2时为“1/3”导通状态，编码时用数字“2”表示；V/2＜V0≤3V/4时为“2/3”导通状态，编码时用数字“1”表示；当3V/4＜V0≤V时为全导通状态，编码时用数字“0”表示。
由于在传统编码数字“0”和数字“1”之间插入1/3和2/3两个中间值，将接收管的状态细分为截止、“1/3”导通、“2/3”导通、全导通四种状态。五对光电管，每对光电接收管对应四种状态，则可以产生45组编码。对上述编码进行如下处理，将截止状态的数字“1”换作数字“3”表示，获得以下编码：00030、00000、00300。
当光敏接收管的安装误差在-0.5°～+0.5°时，则当扇形不透光带落在这两个相邻的光敏接收管之间时，可以恰好不遮住任意一颗。当计数器字轮1转动时该区域不能同时遮挡两颗光电管，即连续的两组5位编码之间，每次只有一位值是变化的。结合计数器字轮1结构筛选出新的90组有效的编五位码，得到表2。
| 读数 | -- | -偏 | -偏2/3 | -偏1/3 | 中间值 | +偏1/3 | +偏2/3 | +偏 | ++ |
| 0 | 10030 | 00030 | 00020 | 00010 | 00000 | 00100 | 00200 | 00300 | 00301 |
| 1 | 00302 | 00303 | 00203 | 00103 | 00003 | 01003 | 02003 | 03003 | 03013 |
| 2 | 03023 | 03033 | 02033 | 01033 | 00033 | 10033 | 20033 | 30033 | 30133 |
| 3 | 30233 | 30333 | 20333 | 10333 | 00333 | 00332 | 00331 | 00330 | 01330 |
| 4 | 02330 | 03330 | 03331 | 03332 | 03333 | 03323 | 03313 | 03303 | 13303 |
| 5 | 23303 | 33303 | 33313 | 33323 | 33333 | 33233 | 33133 | 33033 | 33032 |
| 6 | 33031 | 33030 | 33130 | 33230 | 33330 | 32330 | 31330 | 30330 | 30320 |
| 7 | 30210 | 30300 | 31300 | 32300 | 33300 | 23300 | 13300 | 03300 | 03200 |
| 8 | 03100 | 03000 | 13000 | 23000 | 33000 | 33001 | 33002 | 33003 | 32003 |
| 9 | 31003 | 30003 | 30002 | 30001 | 30000 | 30010 | 30020 | 30030 | 20030 |
表2
当光敏接收管的安装误差小于等于+1.5°且大于+0.5°，或大于等于-1.5°且小于-0.5°时，扇形不透光带会同时遮挡到两个光发射管或光敏接收管，因此在字轮转动过程中可能对应着一个或两个编码状态的改变。同样使用上述在“0”和“1”之间插入1/3和2/3两个中间值的编码方式进行扩展，在读数为0位置时可以得到如下编码：00001、00002、00101、00102、00201、00202、01303、02303、01203、02203、01103、02103，以此类推获得新的编码。结合计数器字轮1结构筛选出新的120组有效的五位编码。得到表3。
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 00001 | 00013 | 00133 | 01333 | 13333 | 33332 | 33320 | 33200 | 32000 | 20000 |
| 00002 | 00023 | 00233 | 02333 | 23333 | 33331 | 33310 | 33100 | 31000 | 10000 |
| 00101 | 01013 | 10133 | 01332 | 13323 | 33232 | 32320 | 23200 | 32001 | 20010 |
| 00102 | 01023 | 10233 | 02332 | 23323 | 33231 | 32310 | 23100 | 31001 | 10010 |
| 00201 | 02013 | 20133 | 01331 | 13313 | 33132 | 31320 | 13200 | 32002 | 20020 |
| 00202 | 02023 | 20233 | 02331 | 23313 | 33131 | 01310 | 13100 | 31002 | 10020 |
| 01303 | 13033 | 30332 | 03320 | 33203 | 32030 | 20300 | 03001 | 30013 | 00130 |
| 02303 | 23033 | 30331 | 03321 | 33103 | 31030 | 10300 | 03002 | 30023 | 00230 |
| 01203 | 12033 | 20331 | 03312 | 33213 | 32130 | 21300 | 13001 | 30012 | 00120 |
| 02203 | 22033 | 20332 | 03311 | 33113 | 31130 | 11300 | 13002 | 30022 | 00220 |
| 01103 | 11033 | 10332 | 03322 | 33223 | 32230 | 22300 | 23001 | 30011 | 00110 |
| 02103 | 21033 | 10331 | 03312 | 33123 | 31230 | 12300 | 23002 | 30021 | 00210 |
表3
最终扩展后的五位编码为：
五位编码为10030、00030、00020、00010、00000、00100、00200、00300、00301、00001、00002、00101、00102、00201、00202、01303、02303、01203、02203、01103、02103对应字轮读数“0”；
五位编码为00302、00303、00203、00103、00003、01003、02003、03003、03013、00013、00023、01013、01023、02013、02023、13033、23033、12033、22033、11033、21033对应字轮读数“1”；
五位编码为03023、03033、02033、01033、00033、10033、20033、30033、30133、00133、00233、10133、10233、20133、20233、30332、30331、20331、20332、10332、10331对应字轮读数“2”；
五位编码为30233、30333、20333、10333、00333、00332、00331、00330、01330、01333、02333、01332、02332、01331、02331、03320、03321、03312、03311、03322、03312对应字轮读数“3”；
五位编码为02330、03330、03331、03332、03333、03323、03313、03303、13303、13333、23333、13323、23323、13313、23313、33203、33103、33213、33113、33223、33123对应字轮读数“4”；
五位编码为23303、33303、33313、33323、33333、33233、33133、33033、33032、33332、33331、33232、33231、33132、33131、32030、31030、32130、31130、32230、31230对应字轮读数“5”；
五位编码为33031、33030、33130、33230、33330、32330、31330、30330、30320、33320、33310、32320、32310、31320、01310、20300、10300、21300、11300、22300、12300对应字轮读数“6”；
五位编码为30210、30300、31300、32300、33300、23300、13300、03300、03200、33200、33100、23200、23100、13200、13100、03001、03002、13001、13002、23001、23002对应字轮读数“7”；
五位编码为03100、03000、13000、23000、33000、33001、33002、33003、32003、32000、31000、32001、31001、32002、31002、30013、30023、30012、30022、30011、30021对应字轮读数“8”；
五位编码为31003、30003、30002、30001、30000、30010、30020、30030、20030、20000、10000、20010、10010、20020、10020、00130、00230、00120、00220、00110、00210对应字轮读数“9”。
由此可见，经过插值重新编码，原30组编码扩展到90+120共210组有效编码，包含了所有误差范围内的编码，有效的增加了编码数量，不仅可解决计数器在联动进位时存在的盲区问题，而且当光发射管或光敏接收管安装有所偏差时，能保证依然可以找到对应的编码值，提高了编码的可靠性。使计数器读数更加精确，可靠。
本发明提供了一种计数器编码思想，除此实例之外，还有许多其他实施方式。凡使用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法，字轮计数装置包括计数器字轮和光电传感器，多个计数器字轮与多个光电传感器间隔设置；其特征在于：
所述的计数器字轮的环形圆周端面上以36°夹角，依次均匀分布“0”～“9”十个数字；计数器字轮侧面上开有与字轮圆同心、在同一圆周上的三个扇环形的第一透光孔槽、第二透光孔槽、第三透光孔槽，其圆心角α、β、γ分别为57°、30°、93°，相邻两个透光孔槽之间形成一个扇形不透光带，三个扇形不透光带的圆心角分别与计数器字轮中心对向的三个透光孔槽的圆心角相等，为57°、30°、93°；计数器字轮的中心开有字轮轴孔；
所述的光电传感器包括线路板，线路板的两侧对应设置五个光发射管和五个光敏接收管，线路板上开有传感器轴孔；五个光敏接收管以传感器轴孔为圆心的同一圆周上间隔33°～39°分布，五个光发射管在线路板另一面与五个光敏接收管位置一一对应；
计数器字轮和光电传感器同轴间隔设置，相邻两个光电传感器上相对的五个光发射管和五个光敏接收管构成五对光收发管，计数器字轮设置在相邻两个光电传感器之间；
所述的计数器字轮旋转一周，五对光收发管产生数字编码电信号，对应计数器字轮上的“0”～“9”十个数字；
计数器字轮转动，光发射管发出光信号，当透光孔槽位置处于光发射管与光敏接收管的连线直线上，光信号穿过透光孔槽被光敏接收管接收，光敏接收管处于导通状态，否则光敏接收管处于截止状态，通过检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压将光敏接收管分成四种状态，具体是：
当光敏接收管的投影完全位于透光孔槽投影内时，光敏接收管处于完全导通状态，此时光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V；工作中，检测光敏接收管中三极管集电极光电流的电压为V0，当0≤V0≤V/4时为截止状态，编码时用数字“3”表示；V/4＜V0≤V/2时为“1/3”导通状态，编码时用数字“2”表示；V/2＜V0≤3V/4时为“2/3”导通状态，编码时用数字“1”表示；当3V/4＜V0≤V时为全导通状态，编码时用数字“0”表示；
具体编码方案如下：
五位编码为10030、00030、00020、00010、00000、00100、00200、00300、00301、00001、00002、00101、00102、00201、00202、01303、02303、01203、02203、01103、02103对应字轮读数“0”；
五位编码为00302、00303、00203、00103、00003、01003、02003、03003、03013、00013、00023、01013、01023、02013、02023、13033、23033、12033、22033、11033、21033对应字轮读数“1”；
五位编码为03023、03033、02033、01033、00033、10033、20033、30033、30133、00133、00233、10133、10233、20133、20233、30332、30331、20331、20332、10332、10331对应字轮读数“2”；
五位编码为30233、30333、20333、10333、00333、00332、00331、00330、01330、01333、02333、01332、02332、01331、02331、03320、03321、03312、03311、03322、03312对应字轮读数“3”；
五位编码为02330、03330、03331、03332、03333、03323、03313、03303、13303、13333、23333、13323、23323、13313、23313、33203、33103、33213、33113、33223、33123对应字轮读数“4”；
五位编码为23303、33303、33313、33323、33333、33233、33133、33033、33032、33332、33331、33232、33231、33132、33131、32030、31030、32130、31130、32230、31230对应字轮读数“5”；
五位编码为33031、33030、33130、33230、33330、32330、31330、30330、30320、33320、33310、32320、32310、31320、01310、20300、10300、21300、11300、22300、12300对应字轮读数“6”；
五位编码为30210、30300、31300、32300、33300、23300、13300、03300、03200、33200、33100、23200、23100、13200、13100、03001、03002、13001、13002、23001、23002对应字轮读数“7”；
五位编码为03100、03000、13000、23000、33000、33001、33002、33003、32003、32000、31000、32001、31001、32002、31002、30013、30023、30012、30022、30011、30021对应字轮读数“8”；
五位编码为31003、30003、30002、30001、30000、30010、30020、30030、20030、20000、10000、20010、10010、20020、10020、00130、00230、00120、00220、00110、00210对应字轮读数“9”。
2.如权利要求1所述的一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法，其特征在于，相邻两个光敏接收管间隔35°～37°分布时，编码方案如下：
五位编码为10030、00030、00020、00010、00000、00100、00200、00300、00301对应字轮读数“0”；
五位编码为00302、00303、00203、00103、00003、01003、02003、03003、03013对应字轮读数“1”；
五位编码为03023、03033、02033、01033、00033、10033、20033、30033、30133对应字轮读数“2”；
五位编码为30233、30333、20333、10333、00333、00332、00331、00330、01330对应字轮读数“3”；
五位编码为02330、03330、03331、03332、03333、03323、03313、03303、13303对应字轮读数“4”；
五位编码为23303、33303、33313、33323、33333、33233、33133、33033、33032对应字轮读数“5”；
五位编码为33031、33030、33130、33230、33330、32330、31330、30330、30320对应字轮读数“6”；
五位编码为30210、30300、31300、32300、33300、23300、13300、03300、03200对应字轮读数“7”；
五位编码为03100、03000、13000、23000、33000、33001、33002、33003、32003对应字轮读数“8”；
五位编码为31003、30003、30002、30001、30000、30010、30020、30030、20030对应字轮读数“9”。
3.如权利要求1所述的一种基于字轮计数装置的计数器编码扩展方法，其特征在于，相邻两个光敏接收管间隔小于等于39°且大于37°，或大于等于33°且小于35°分布时，编码方案如下：
五位编码为00001、00002、00101、00102、00201、00202、01303、02303、01203、02203、01103、02103对应字轮读数“0”；
五位编码为00013、00023、01013、01023、02013、02023、13033、23033、12033、22033、11033、21033对应字轮读数“1”；
五位编码为00133、00233、10133、10233、20133、20233、30332、30331、20331、20332、10332、10331对应字轮读数“2”；
五位编码为01333、02333、01332、02332、01331、02331、03320、03321、03312、03311、03322、03312对应字轮读数“3”；
五位编码为13333、23333、13323、23323、13313、23313、33203、33103、33213、33113、33223、33123对应字轮读数“4”；
五位编码为33332、33331、33232、33231、33132、33131、32030、31030、32130、31130、32230、31230对应字轮读数“5”；
五位编码为33320、33310、32320、32310、31320、01310、20300、10300、21300、11300、22300、12300对应字轮读数“6”；
五位编码为33200、33100、23200、23100、13200、13100、03001、03002、13001、13002、23001、23002对应字轮读数“7”；
五位编码为32000、31000、32001、31001、32002、31002、30013、30023、30012、30022、30011、30021对应字轮读数“8”；
五位编码为20000、10000、20010、10010、20020、10020、00130、00230、00120、00220、00110、00210对应字轮读数“9”。
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