CN109238322A - 一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，包括红外探测模块、信号处理与传输模块和电源模块。其中，红外探测模块由红外发射管和红外接收管阵列组成，安装在仪表表盘上，实现红外光的发射和红外反射光强的探测；信号处理与传输模块包括红外接收管信号处理电路、微处理器和无线通信模块，实现由红外反射光强数据估算出指针位置和读数，并可通过无线通信模块回传读数和状态预警；电源模块实现系统各部分的供电。本发明为一种非侵入式的指针探测系统，可以对指针式仪表（气压表、温度表等）的指针位置进行实时监测，并估算仪表读数。可以用于指针式仪表读数的实时回传、仪表指针超过预设安全范围的预警等，实现指针式仪表的联网通信，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统

技术领域

本发明属于智能监控和物联网领域，具体涉及一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统。

技术背景

传统的非电子仪表在工业生产和日常生活中仍有着广泛的应用，按计量原理可分为字轮式和指针式两大类。字轮式仪表常用于观测值需累加的场合，如用水量和用气量等。指针式仪表常用于观测值为瞬时值的场合，如压力、温度、液位、电压等。指针式仪表包含至少一个指针和与该指针对应的刻度盘，通过人为判断指针与该指针对应刻度盘的交点，结合交点处刻度盘的标识来进行读数。随着工业技术的快速发展，有越来越多的电子仪表被应用到日常生产生活中，但是仍有许多地方因无法使用电子仪表而应用了大量的指针式仪表。另外，还有大量的指针式仪表继续应用在生产和生活的各个不同地点。传统的人工巡查和观测方式，效率极为低下。市场上有使用摄像头对仪表图像实时采集，并应用图像处理与模式识别技术，代替人工对仪表进行实时监控的方案。但是仪表分布比较广泛，该方案的部署维护成本高、硬件费用高、功耗大。因此，该方案显然不符合当前低功耗广覆盖的物联网发展趋势，不利于市场推广使用。

发明内容

本发明目的是提供一种低成本、低功耗、易组网的基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的监测系统包括红外探测模块、信号处理与传输模块和电源模块。

红外探测模块由红外发射管和接收管阵列（包含单个）组成，安装在仪表表盘上，实现红外光的发射和红外反射光强的探测。由于红外光经表盘底部和指针反射的光强数值是不一致的，因此可以根据红外接收管不同的数值进行指针位置的判断。

信号处理与传输模块包括红外接收管信号处理电路、微处理器和无线通信模块。微处理器控制红外发射管的红外光发射，同时根据红外接收管信号处理电路输出的反射光强数据估算出指针位置和读数，并可以通过外接蜂鸣器、闪烁灯等警报器实现本地预警，也可以通过无线通信模块实现读数回传和状态预警等功能。

更进一步是，红外接收管信号，可以是通过设置合理阈值的比较器后变为数字判决信号，再经通用IO口输入到微处理器。也可以是经过适当的放大滤波后经模拟IO口输入到微处理器。

更进一步是，微处理器和无线通信模块，可以是在同一芯片内，也可以是独立的芯片。

电源模块，可以配置交流电接口、直流电接口，也可以直接由电池供电，提供该监测系统各部分的电能供应。

使用本发明可以达到以下有益效果：本系统提供一种低成本、低功耗、广互连的指针式仪表监测方案，有望结束传统指针式仪表必须由人工巡查和人工读取的传统。在日常生产生活中，有大量现存和待安装的指针式仪表，一般零散分布在不同的地点，需要巡查人员定期去查看仪表，仪表读取和安全预警的及时性非常差，并且需要大量的劳力，也存在人为失误等。本系统在非侵入的情况下实现了指针式仪表读数和读数超出允许范围的预警，将不具备电子通信系统的机械式仪表做了物联网化的改造，符合智慧城市、工业4.0等发展趋势，有巨大的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明的整体架构方框图。

图2是本发明的红外探测模块示意图。

图3是本发明的数字显示仪表的结构示意图。

图4是本发明的信号处理与传输模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地描述。

如图1所示，本实施例一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统由红外探测模块（1）、信号处理与传输模块（2）和电源模块（3）三部分组成。

红外探测模块（1）由红外发射管（11）阵列和红外接收管（12）阵列组成，阵列中包含红外发射管（11）和红外接收管（12）的数量可以改变，阵列的排列方式也可以改变。图2中给出了一种包含4个红外反射管（11）和4个红外接收管（12）的长方形阵列和一种包含2个红外反射管（11）和4个红外接收管（12）的扇形阵列。如图2所示，该红外探测模块（1）安装在仪表表盘（13）上，实现了红外光的发射和红外反射光强的探测。事实上，红外发射管（11）向表盘（13）内发射红外光，红外光经表盘底面和指针（14）反射的光强数值是不一致的。经指针（14）反射回的红外光光强较小，接收到该红外反射光的红外接收管（12）的信号值较小，因此根据红外接收管信号值的大小来判断指针位置。

信号处理与传输模块（2）包括红外接收管信号处理电路（21）、微处理器（22）和无线通信模块（23）。红外接收管信号处理电路（21）可以有两种方式实现：一、红外接收管信号通过设置合理阈值的比较器后变为数字判决信号，再经通用IO口输入到微处理器；二、红外接收管信号也可以经过适当的放大滤波后经模数转换ADC采样后输入到微处理器（22）。如采用的微处理器内部自带ADC，也可以将经过适当的放大滤波后信号直接输入到微处理器（22）的模拟IO口。

微处理器（22）控制红外发射管（11）的红外光发射，同时根据各个红外接收管（12）的光强数值估算出指针位置和读数，并可以通过外接蜂鸣器、闪烁灯等警报器实现本地预警，也可以通过无线通信模块（23）实现读数回传和状态预警等功能。微处理器（22）和无线通信模块（23），可以是在同一芯片内，也可以是独立的芯片。

电源模块（3），可以配置交流电接口、直流电接口，也可以直接由电池供电，提供该监测系统各部分的电能供应。

本领域技术人员可显见，本发明上述概述并不意味着阐述了本发明的每一个示例性的实施例或每一种实施方式，容易对本发明进行各种修改和形式替换而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改、替换及其等同形式。

Claims (8)

1.一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的监测系统包括红外探测模块、信号处理与传输模块和电源模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的红外探测模块由红外发射管和接收管阵列（包含单个）组成，安装在仪表表盘上，实现红外光的发射和红外反射光强的探测。

3.特别是，红外光经表盘底部和指针反射的光强数值是不一致的，因此可以根据红外接收管不同的数值进行指针位置的判断。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的信号处理与传输模块包括红外接收管信号处理电路、微处理器和无线通信模块。

5.微处理器控制红外发射管的红外光发射，同时根据红外接收管信号处理电路输出的反射光强数据估算出指针位置和读数，并可以通过外接蜂鸣器、闪烁灯等警报器实现本地预警，也可以通过无线通信模块实现读数回传和状态预警等功能。

6.根据权利要求3所述的一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的红外接收管信号处理电路通过设置合理阈值的比较器后变为数字判决信号，再经通用IO口输入到微处理器；或者经过适当的放大滤波后经模拟IO口输入到微处理器。

7.根据权利要求3所述的一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的微处理器和无线通信模块在同一芯片内或者为是独立的芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于红外发射管与接收管的指针式仪表监测系统，其特征在于：所述的电源模块，可以配置交流电接口、直流电接口，也可以直接由电池供电，提供该监测系统各部分的电能供应。