CN106643822B - 一种字轮编码器及直读方法 - Google Patents

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Abstract

一种仪表字轮编码器及字轮示值的读出方法，利用字轮上导电带宽度对其附近电感线圈电感值的影响，精确测定字轮角度，实现字轮示值的读取，只需要最少两个电感线圈，并且电感线圈是由印制电路板上的铜箔制成，简单可靠且成本低廉，解决了现有光电编码器抗光干扰问题和进位过渡问题。本方法适用于对机械字轮组的示值进行读出的仪表，尤其是直读式的干式水表、湿式水表、热量表或燃气表。

Description

一种字轮编码器及直读方法
技术领域
本发明涉及一种计量仪表字轮编码器及字轮示值的读出方法，特别是将水表、热表、气表、电表等仪表的机械计数字轮示值转换成数字信号的编码方法。
背景技术
目前远程抄表系统中常用的一种技术，是将机械字轮的示值转换为数字信号后进行数据通信，完成该转换的方式一般有电阻式、光电式、摄像式等，目前普遍采用的是字轮光电编码方式，普通的光电编码器由一个处理电信号的单片机、几个字轮、与每个字轮配合的几个光电传感器组成，在字轮上制作透光编码条，光电传感器的光路可穿透这些编码条，字轮的角度位置决定这些编码条的位置，几个光电传感器利用光路的通断来检测这些编码条的位置，由单片机根据通断组合识别出字轮位置，从而解析出字轮上的0到9十个数字，完成数据采集，再转换成规定格式的数据输出。典型的燃气表用光电编码器需采集5位数字，每位数字需要5个光电传感器，即一个燃气表光电编码器需要25个光电传感器。制造成本较高。
光电编码器只在读取字轮示值时供电，有利于整个抄表系统的电源解决方案，得到了广泛应用，但光电编码器有其不足：
通常光电传感器由发光管和光敏管配对组成，光敏管的导通与否是以其导通电流阈值判定的，当受到干扰时，例如受到外界光照射时，光敏管会有导通电流，如果外界光足够强，光敏管的导通程度会使导通电流超过阈值，使单片机误判为“通”；另一方面，如果提高电流阈值，光敏管在应当导通时，则可能由于光衰或气泡或其他干扰使得光敏管导通电流没有超过阈值，误判为“断”。此外，字轮在进位的过渡阶段，其数值不确定，加上计数器零件的加工误差和装配误差，存在误读或重复码的可能。
解决方法之一是如发明专利申请号201310221726.3公开的方法，在数字字轮之外另设相等数量的编码字轮，并使两种字轮联动，在编码字轮上配置编码图案，由光电直读模块对这些图案进行采集和识别，得出最终数据。该方案可以消除普通光电编码器可能误读的缺点，但增加了传动过程，使得结构复杂，影响可靠性且成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供的仪表字轮编码器及直读方法解决了现有光电编码器抗光干扰问题和进位过渡问题，并降低了制造成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种计量仪表字轮编码器，包括：镶嵌有导电带的塑料字轮、单片机、电感数字转换器、多路模拟开关和若干电感线圈，其特征在于：上述塑料字轮按照一定规律嵌入导电带，每个塑料字轮配合至少两个电感线圈，电感数字转换器通过测量电感线圈受导电带的影响程度，精确测定字轮的旋转角度，得到字轮的示值；多路模拟开关切换电感数字传感器，逐一检测每个字轮对应的电感线圈，测得每个字轮的示值，经单片机数据转换完成字轮编码功能。
所述塑料字轮嵌入的导电带有两种基本形式：其一是在字轮圆柱体的顶部或底部，其二是在字轮圆柱体柱面上。
所述导电带可以是铝箔、铜箔、不锈钢薄板、电镀导电层。
优选地，所述两个电感线圈以90度的夹角围绕字轮轴安置。
优选地，所述电感线圈由印制电路板上的铜箔制成。
优选地，所述电感数字转换器、多路模拟开关与单片机集成在单片集成电路中。
所述电感线圈及单片机等电子部件可封装在塑料或其他绝缘材料中，用于湿式水表。
采用上述字轮编码器对字轮示值识读的方法包括以下步骤：
步骤1： 单片机控制多路模拟开关逐一接通每个电感线圈到电感数字转换器；
步骤2：电感数字转换器对电感线圈的电感值进行测量；
步骤3：单片机由测得的电感值计算电感线圈所处位置对应的导电带宽度值；
步骤4：根据一个字轮对应的两个以上的电感线圈所得两个以上的宽度值，即可唯一地确定该字轮的角度即该字轮的示值；
步骤5：组合所有字轮示值，转换成所需数据格式输出。
本发明在极少电子元件的情况下，利用单片机测量电感值的技术，配合嵌入导电带的塑料字轮以及低成本的电感线圈，即可实现字轮编码目的，具有抗光干扰、抗磁干扰的优点，当用于湿式水表时，对气泡干扰、水质影响、沉积物影响不敏感，同时具有成本低廉，性能稳定的特点。
附图说明
图1是实施例一中字轮与电感线圈的结构示意图。
图2是实施例一中字轮上嵌入导电带的结构示意图。
图3是实施例二中字轮上嵌入导电带的展开示意图。
图4是实施例一和实施例二中电感值与字轮示值的对应关系示意图。
图中，（1）字轮，（2）字轮轴，（3）电感线圈a，（4）电感线圈b，（5）环形导电带，（6）弧形导电带，（7）印制电路板主板，（8）印制电路板副板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做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。
实施例一如图1、图2所示，塑料字轮（1）的左侧嵌入环形导电带（5），电感线圈a（3）和电感线圈b（4）由印制电路板副板（8）上的铜箔制成，置于字轮（1）左方，并围绕字轮轴（2）成90度夹角；单片机上集成有电感数字转换器和多路模拟开关，并与所有电感线圈连接；环形导电带（5）为不锈钢薄板制成的变宽圆环，粘接或铆接在塑料字轮（1）上，以常用水表编码器为例；总计有4个字轮8个电感线圈，1个印制电路板主板和4个印制电路板副板。
该实施例的字轮便于加工，但因每个字轮对应的两个电感线圈需采用一块单独的印制电路板，且这些印制电路板需插入各字轮之间，故不便于湿式水表采用。
实施例二如图2、图3所示，塑料字轮（1）的柱面上嵌入弧形导电带（5），电感线圈a（3）和电感线圈b（4）分别由印制电路板主板（7）和印制电路板副板（8）上的铜箔制成，分别置于字轮（1）的后方和下方，围绕字轮轴（2）成90度夹角；单片机上集成有电感数字转换器和多路模拟开关，并与所有电感线圈连接；弧形导电带（5）电镀在塑料字轮（1）的柱面上，其上有保护覆盖和字轮印字；以常用水表编码器为例，总计有4个字轮8个电感线圈，1个印制电路板主板和1个印制电路板副板。
该实施例的所有电感线圈可在两个印制电路板上制成，且这些印制电路板与各字轮没有空间交叉，便于用塑料或其他绝缘材料单独封装电子装置用于湿式水表。
采用上述字轮编码器对字轮示值识读的方法包括以下步骤：
A.单片机控制多路模拟开关逐一接通8个电感线圈到电感数字转换器；
B.电感数字转换器测量得到这些电感线圈的电感值；
C.单片机由测得的电感值计算电感线圈所对的导电带宽度；
D.根据一个字轮对应的两个电感线圈所得的两个宽度，由图4的规律即可唯一地确定该字轮的角度即该字轮的示值；
E.组合4个字轮示值，转换成所需数据格式输出。
综上所述，利用字轮上导电带宽度对其附近电感线圈的电感值的影响，只需要最少两个电感线圈即可精确测定字轮角度，得到字轮示值数据，并且电感线圈是由印制电路板上的铜箔制成，简单可靠且成本低廉。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种计量仪表字轮编码器，其特征在于：包括：镶嵌有导电带的塑料字轮、单片机、电感数字转换器、多路模拟开关和若干电感线圈；塑料字轮的左侧嵌入环形导电带，电感线圈a和电感线圈b由印制电路板副板上的铜箔制成，置于字轮左方，并围绕字轮轴成90度夹角；单片机上集成有电感数字转换器和多路模拟开关，并与所有电感线圈连接；环形导电带为不锈钢薄板制成的变宽圆环，粘接或铆接在塑料字轮上，以常用水表编码器为例；总计有4个字轮8个电感线圈，一个印制电路板主板和4个印制电路板副板；
根据一个字轮对应的两个电感线圈所得到的两个宽度，由一定规律即可唯一地确定该字轮的角度即该字轮的示值；
所述一定规律为：
(1)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之20且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之70时，对应字轮示数为“0”；
(2)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之40且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之90时，对应字轮示数为“1”；
(3)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之60且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之90时，对应字轮示数为“2”；
(4)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之80且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之70时，对应字轮示数为“3”；
(5)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之100且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之50时，对应字轮示数为“4”；
(6)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之80且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之30时，对应字轮示数为“5”；
(7)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之60且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之10时，对应字轮示数为“6”；
(8)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之40且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之10时，对应字轮示数为“7”；
(9)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之20且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之30时，对应字轮示数为“8”；
(10)当电感线圈a检测到的导电带宽度的比例为百分之0且当电感线圈b检测到的导电带宽度的比例为百分之50时，对应字轮示数为“9”。
2.采用权利要求1中所述的字轮编码器对字轮示值识读的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.单片机控制多路模拟开关逐一接通8个电感线圈到电感数字转换器；
B.电感数字转换器测量得到这些电感线圈的电感值；
C.单片机由测得的电感值计算电感线圈所对的导电带宽度；
D.根据一个字轮对应的两个电感线圈所得到的两个宽度，由一定规律即可唯一地确定该字轮的角度即该字轮的示值；
E.组合4个字轮示值，转换成所需数据格式输出。
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