CN110706473A

CN110706473A - 一种基于单波长反射的燃气数据采集装置及数据采集方法

Info

Publication number: CN110706473A
Application number: CN201910846596.XA
Authority: CN
Inventors: 赵静; 张健; 覃翠; 魏峘; 余辉龙; 何睿清
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN110706473B

Abstract

本发明公开了一种基于单波长反射的燃气数据采集装置及数据采集方法，装置包括单片机、宽谱光源、光纤、传感器组和若干用户表，每只用户表通过光纤连接宽谱光源和一传感器组，传感器组连接单片机，所述用户表包括若干只用于表征不同数字的表盘，各表盘设有若干数字且表盘的表面镀有与各数字对应的不同波长的反射膜，各表盘通过光纤连接宽谱光源和传感器组，本发明通过光纤将家庭户用气度数信息传输至远离燃气的区域，光纤出光端口采用高精度的光电传感器来读取各波长值，得到表盘上的用气度数信息，再经过成熟的电信号处理及通信传输系统进行远传，能够实现燃气数据的本地无电采集与远程传输，可用于智能抄表结算，节省了大量的人力资源。

Description

一种基于单波长反射的燃气数据采集装置及数据采集方法

技术领域

本发明涉及燃气数据采集技术领域，具体是涉及一种基于单波长反射的燃气数据采集装置及数据采集方法。

背景技术

光纤即光导纤维，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而制成的光传导工具。光纤一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤通信具有传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长、抗电磁干扰性能强等多种优点。燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业使用。燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气、煤制气。在家庭燃气使用中，由于安全性的考虑，燃气的数据采集不能采用电信号，这使得用气度数的上报需要采用传统的人工抄表，经常会出现“到户不遇”的尴尬情况出现，严重影响了相关人员工作效率。

发明内容

技术目的：本发明提出一种基于单波长反射的燃气数据采集装置及数据采集方法，用镀膜技术将燃气表进行改装，在显示每位数据的表盘上镀不同波长的单色光反射膜，数据信息由不同膜反射的单色光信号来代表，利用光纤完成本地反射光信号的采集，同时进行远距离传输，避免了燃气表与电信号的近距离接触，消除了一定的安全隐患，同时能实现燃气数据的自动上传。

技术方案：由于采用了上述技术方案，本发明采用了如下技术方案：

一种基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：包括单片机、宽谱光源、光纤、传感器组和若干用户表，每只用户表通过光纤连接宽谱光源和一传感器组，传感器组连接单片机，所述用户表包括若干只用于表征不同数字的表盘，各表盘设有若干数字且表盘的表面镀有与各数字对应的不同波长的反射膜，各表盘通过光纤连接宽谱光源和传感器组，宽谱光源通过光纤向用户表发射光信号，用户表反射的光信号通过光纤传输到传感器组，传感器组包括若干个用于检测不同波长段的光信号的光电传感器，光电传感器将光信号转换成电信号并发送给单片机。

优选地，所述光电传感器包括紫外线检测传感器、可见光检测传感器和红外检测传感器。

优选地，所述单片机设有电源模块、GPS模块和LCD显示模块。

优选地，所述宽谱光源采用白光光源。

优选地，所述各表盘上设置“0-9”十个阿拉伯数字，表盘的表面设置与各个数字对应的具有预设波长的单波长反射膜。

优选地，所述光纤采用Y型光纤，每只用户表通过Y型光纤连接宽谱光源和对应的传感器组。

本发明还公开了一种基于单波长反射的燃气数据采集装置的数据采集方法，其特征在于：所述宽谱光源通过Y型光纤照射到各用户表的每只表盘表面的反射膜上，每只表盘当前正对光纤端口处的数字反射对应的具有预设波长的反射光，反射光经光纤传输到对应的传感器组；传感器组中的传感器将接收到的反射光转换成电信号并传输给单片机；单片机根据波长与数字的对应关系转换成对应每个用户的各表盘当前数字的电信号信息，获得各用户表的燃气读数。

技术效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

1)、本发明通过光纤将家庭户用气度数信息传输至远离燃气的区域，光纤出光端口采用高精度的光电传感器来读取各波长值，得到表盘上的用气度数信息，再经过成熟的电信号处理及通信传输系统进行远传；

2)、本发明实现了燃气数据的本地无电采集与远程传输，可用于智能抄表结算，节省了大量的人力资源。

附图说明

图1为本发明的基于单波长反射的燃气数据采集装置的结构示意图；

图2是本发明中燃气表本地读数的系统结构示意图；

图3是图2中镀膜改造后的每位数字对应表盘的结构示意图；

图4是本发明中单片机的部分功能模块的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明中，用户表安装在用户家庭中，通过光纤与单片机及外围模块相连，单片机、宽谱光源、传感器及外围模块可置于小区内集中放置，每个用户对应一套传感器系统。本发明中，用户表包括若干只用于表征不同数字的表盘，需要将燃气用气表进行简单改造，在每位数字对应的表盘上镀膜，各表盘的表面镀有不同波长的单波长反射膜，分别对应代表数字0～9的单波长反射膜，如图3所示。

理论上，利用白光照射某种颜色的表面时，被表面反射后的光中仅有表面颜色的光，其他被吸收。若采用镀膜技术制备单色光反射膜，用宽谱光源照射时，将能得到不同的单波长反射。如表1示，有248nm～2098nm波段的单波长反射膜，为了避免测试误差，选取间隔较大的十个中心波长，如308nm、355nm、473nm、532nm、632.8nm、780nm、975nm、1047nm、1315nm、1545nm，分别对应数字0～9。

表1

型号	入射角	中心波长(nm)	反射率
				HR-S-01a/b	0°/45°	248	≥99.50％
HR-S-02a/b	0°/45°	263	≥99.50％
				HR-S-03a/b	0°/45°	266	≥99.50％
HR-S-04a/b	0°/45°	308	≥99.50％
				HR-S-05a/b	0°/45°	355	≥99.50％
HR-S-06a/b	0°/45°	473	≥99.50％
				HR-S-07a/b	0°/45°	532	≥99.50％
HR-S-08a/b	0°/45°	632.8	≥99.50％
				HR-S-09a/b	0°/45°	650	≥99.50％
HR-S-10a/b	0°/45°	780	≥99.50％
				HR-S-11a/b	0°/45°	808	≥99.50％
HR-S-12a/b	0°/45°	975	≥99.50％
				HR-S-13a/b	0°/45°	1047	≥99.50％
HR-S-14a/b	0°/45°	1053	≥99.50％
				HR-S-15a/b	0°/45°	1064	≥99.50％
HR-S-16a/b	0°/45°	1315	≥99.50％
				HR-S-17a/b	0°/45°	1345	≥99.50％
HR-S-18a/b	0°/45°	1545	≥99.50％
				HR-S-19a/b	0°/45°	1575	≥99.50％
HR-S-20a/b	0°/45°	1908	≥99.50％
				HR-S-21a/b	0°/45°	2098	≥99.50％

即数据采用不同波长反射表示，如表2所示：

表2

数字	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
											波长(nm)	308	355	473	532	632.8	780	975	1047	1315	1545

比如，用户燃气表有八位数字，其中前五位为整数，后三位为小数，则需要八个图2所示的表盘，分别代表八位数字。表盘的数据变化与原系统一致，通过气流带动表盘转动。每个表盘对应一位数据，即每位数据对应一根Y型光纤，由光纤发光到对应表盘上，然后反射回来经特殊镀膜膜层调制的光信号，不同的波长信号即代表了不同的数据信息。图中uv表示紫外传感器，vis表示可见光传感器，ir表示红外传感器。

本发明还公开了一种基于单波长反射的燃气数据采集装置的数据采集方法，具体为：宽谱光源通过Y型光纤照射到各用户表的每只表盘表面的反射膜上，每只表盘当前正对光纤端口处的数字反射对应的具有预设波长的反射光，反射光经光纤传输到对应的传感器组；传感器组中的传感器将接收到的反射光转换成电信号并传输给单片机；单片机根据波长与数字的对应关系转换成对应每个用户的各表盘当前数字的电信号信息，获得各用户表的燃气读数。即单片机主要是用于采集本地燃气数据信息，将光电传感器输入的电信号转换成对应的光波长信息，而不同波长又对应不同的数字信息，从而得到八位数据的用气信息，将其和由GPS模块输出的时间、地点信息一方面通过LCD显示器显示出来，另一方面由远程通信发射模块发射出去，待燃气公司的用气记录系统接收。

如图2所示，8个黑色粗线框格分别对应8个表盘，以8位数来表示对应表盘的膜层信息，组合的数据用于显示用气信息。图2中详细画出第一个表盘的所有膜层信息的大圆形图作为示意，其他表盘均与第一个表盘类似，其中白色底的为整数，灰色底的为小数，各表盘的当前数字显示在对应的黑色粗线框格中。

本发明的基于单波长反射的燃气数据采集装置的系统结构如图3、图4所示，主要包括单片机、白光光源、若干根Y型光纤、改装的用户燃气表。单片机包括：电源模块；时间芯片，由时间芯片记录日期信息，一般为年、月、日，可每天固定时间测试一次，记录数据；GPS模块，记录地点信息，一般固定输出户号信息。为了简化框图，这里仅给出燃气表的两位数据显示，实际中燃气表有几位数据显示，即连接几套传感器组合模块。

本发明采用白光光源，不同反射膜反射后光信号的波长跨度从紫外到红外，所以配备多个检测器。如图3所示，各传感器组设有三个传感器，分别为紫外检测传感器、可见光检测传感器和红外检测传感器，用于接收不同反射光的波长信息。每组三个传感器依次按序工作，当某一个传感器有效工作时，单片机输出响应波长所对应的电信号信息，根据表2中波长与数字的对应关系转换成用户燃气读数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：包括单片机、宽谱光源、光纤、传感器组和若干用户表，每只用户表通过光纤连接宽谱光源和一传感器组，传感器组连接单片机，所述用户表包括若干只用于表征不同数字的表盘，各表盘设有若干数字且表盘的表面镀有与各数字对应的不同波长的反射膜，各表盘通过光纤连接宽谱光源和传感器组，宽谱光源通过光纤向用户表发射光信号，用户表反射的光信号通过光纤传输到传感器组，传感器组包括若干个用于检测不同波长段的光信号的光电传感器，光电传感器将光信号转换成电信号并发送给单片机。

2.根据权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：所述光电传感器包括紫外线检测传感器、可见光检测传感器和红外检测传感器。

3.根据权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：所述单片机设有电源模块、GPS模块和LCD显示模块。

4.根据权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：所述宽谱光源采用白光光源。

5.根据权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：所述各表盘上设置“0-9”十个阿拉伯数字，表盘的表面设置与各个数字对应的具有预设波长的单波长反射膜。

6.根据权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置，其特征在于：所述光纤采用Y型光纤，每只用户表通过Y型光纤连接宽谱光源和对应的传感器组。

7.采用权利要求1所述的基于单波长反射的燃气数据采集装置的数据采集方法，其特征在于：所述宽谱光源通过Y型光纤照射到各用户表的每只表盘表面的反射膜上，每只表盘当前正对光纤端口处的数字反射对应的具有预设波长的反射光，反射光经光纤传输到对应的传感器组；传感器组中的传感器将接收到的反射光转换成电信号并传输给单片机；单片机根据波长与数字的对应关系转换成对应每个用户的各表盘当前数字的电信号信息，获得各用户表的燃气读数。