CN113886134A - 一种纠错编码读取字轮装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纠错编码读取字轮装置，字轮码盘设置在发射板与接收板之间；发射板用于发射红外光，并将红外光透过所述字轮码盘，映射到接收板上；接收板将接收的红外光信息转换为电平信号，由微处理器读取和译码运算，由于字轮码盘码道图形转动1周产生14个(7,4)系统循环汉明码码值，所以经微处理器译码运算后实现了对出现任意一位码值差错的自动纠错，以及对出现任意两位以上码值差错情况自动报警提示功能；本发明的有益效果为实现了对出现任意一位码值差错的自动纠错，以及实现了对出现任意两位以上码值差错情况进行自动报警提示功能，提升了字轮数值读取的准确度；当任意一位发生硬件故障，装置仍然可以正常工作，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及机械计数式燃气表、电能表和水表等计数值远传技术领域，具体而言，涉及一种纠错编码读取字轮装置。
背景技术
机械装置计数的三表要实现远传需要将其机械读数通过光电转换等技术转化为电子信息，目前大多采用光电耦合角度位置编码，将计数轮角度信息转化成对应的二进制码值，由微处理器构成的电子电路系统读取后获得用户的使用数据，进行相应的处理和服务。目前编码设置基本都采用普通二进制码和格雷码，由于4位二进制码就有16个码值，所以可表示字轮的10个数。
数字位置精确度不一定要求高，但准确读取是非常重要的，特别是百位、千位等高位(家庭用户还包括十位)。错一个数字就可能引起纠纷。如上所述的普通编码当受干扰(光、电等因素)就可能导致获取数据错误，只要错读的码值包含在编码表里，就可能导致错误的理解和处理。当然，采用冗余编码(例如增加位数，用5位就可有32个码值，取其中20位)，就有一定的报错能力(上述5位有12个无效状态)。但受干扰后出错的码值如是有效码值，报错难度就较大。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是对读取字轮数字的码值进行判别，如果码值正确可输出正确的结果；如果7位码值中任何一位错导致字轮读数错，可自动纠正错误并输出正确的字轮数字；如果7位码值中任何两位错导致字轮读数错，可报警提示读数错误。
本发明通过下述技术方案实现：
一种纠错编码读取字轮装置，包括发射板、字轮码盘、接收板以及微处理器等，所述字轮码盘设置在所述发射板与所述接收板之间；所述发射板用于发射红外光，红外光通过所述字轮码盘，编码信息映射到所述接收板上；所述接收板将接收的光信号转成高电平和低电平，由所述微处理器读取；发射板、字轮码盘和接收板组合，在字轮旋转一周产生14个(7,4)系统循环汉明码码值；所述微处理器用于对7位电平输入信号进行译码处理。
目前的通过采用光电耦合角度位置编码来读取机械字轮数值的方法基本都采用普通二进制码和格雷码，4位二进制码有16个码值，可以表示字轮的10个数。增加位数仅可提高精确度。但是这种编码方法若出现编码值的一位读取差错，不能自行纠错；很多时候也无法判断是否出现差错。出错若发生在高位字轮则可能会引起不必要的麻烦。本发明提供了一种纠错编码读取字轮装置，其核心是设计能产生(7,4)系统循环汉明码码值的码盘来对应字轮位移角度，通过红外光电耦合由微处理器读取，微处理器处理后能够实现对读取码值的任意一位错误的自动纠正和任意两位以上错误的报错提示。
码道图形要精细设计，表一中全0和全1两个码值不能用，只用14个码值。优选地，所述字轮码盘是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上，3个扇形孔槽分别为第一透光带、第二透光带以及第三透光带，其余为不透光部分；所述第一透光带的弧度为3π/7，所述第二透光带的弧度为3π/7，所述第三透光带的弧度为π/7，所述第一透光带与所述第二透光带间隔的弧度为2π/7，所述第一透光带与所述第三透光带间隔的弧度为4π/7，所述第二透光带与所述第三透光带间隔的弧度为π/7。
优选地，另一种所述字轮码盘是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上，3个扇形孔槽分别为第一透光带、第二透光带以及第三透光带，其余为不透光部分；所述第一透光带的弧度为2π/7，所述第二透光带的弧度为2π/7，所述第三透光带的弧度为3π/7，所述第一透光带与所述第二透光带间隔的弧度为π/7，所述第一透光带与所述第三透光带间隔的弧度为5π/7，所述第二透光带与所述第三透光带间隔的弧度为π/7。
优选地，所述第一透光带、所述第二透光带以及所述第三透光带替换为不透光部分，将字轮码盘不透光的部分变为透光部分，同为可用的码道图形。
优选地，所述发射板上设有7个红外发射管，所述红外发射管呈圆环形均匀等距的设置在所述发射板上，且所述红外发射管构成的圆环与透光带构成的圆环相对应等径设置，所述接收板上设有7个红外接收管，且每个所述红外接收管与每个所述发射管一一对应设置。
优选地，所述字轮装置还包括信号调理电路，所述信号调理电路用于对7个电平信号调理和整形，所述信号调理电路为阻容网络或门电路。
信号调理电路调整后的信号由所述微处理器读取，
优选地，所述译码处理的具体方法步骤为：
将获得的7位电平信号依次排序为R(X)＝{r6 r5 r4 r3 r2 r1 r0}；
对上述读取的信息做7个位异或运算，获得p1～p7；
将获得的结果依以下次序填入三个字节单元，获得字节S0、S1以及S2；
S0：{X p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7}
S1：{X p2 p3 p4 p5 p6 p7 p1}
S2：{X p7 p1 p2 p3 p4 p5 p6}，
其中：X为任意值。
对字节S1的每一位作求反运算得到S11字节；
将S0、S11与S2字节做与运算，获得E(X)：
E(X)＝S0&S11&S2
将获得的E(X)与接收的数据R(X)做异或运算，获得译码结果L(X)：
如果读取的码值R(X)是正确的，L(X)低7位与R(X)相等；如果干扰影响使R(X)有任意一位错误，L(X)低7位是纠正其错误的正确结果，将获得的L(X)低7位与(7，4)循环汉明码码表进行查表对比，L(X)低7位码值在表中，读取的字轮角度信息正确可信。若L(X)低7位不在表中，则发生任意两位以上的错误，读取的R(X)不可信，舍去。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种纠错编码读取字轮装置，通过码盘实现了具有纠错功能的(7,4)系统循环汉明码对角度位移信息表示。实现了对出现任意一位码值差错的自动纠错，以及实现了对出现任意两位以上码值差错情况进行自动报警提示功能；
2、本发明实施例提供的一种纠错编码读取字轮装置，也是一种冗余设计，当任意一位红外发射管或接收管产生硬件故障，装置仍然可以正常工作(相当于自动纠正一位错码)，提高了系统的可靠性；此时，在其它任意位出错时就报错误提示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图也应视作本方案保护范围。
图1为装置读取部分整体示意图
图2为字轮码盘码道结构示意图
图3为读取电路原理示意图
图4为字轮码盘另一种码道结构示意图
附图标记：
1、红外发射管；2、发射板；3、字轮码盘；4、接收板；5、红外接收管；6、支撑杆；7、第一透光带；8、第二透光带；9、第三透光带；10、微处理器；11、信号调理电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例一
本实施例公开了一种纠错编码读取字轮装置，如图1、图2所示，包括发射板2、字轮码盘3、接收板4以及微处理器，字轮码盘3是设置在发射板2与接收板4之间，且接收板4上收到的信号通过电路连接传输给信号调理电路，所述发射板2用于发射红外光，发射板2发射的红外光能够定向射到字轮码盘3上对应的地方，所述字轮码盘3透过或阻挡红外光使角位移信息映射到所述接收板4上；所述接收板4将接收的光信号转换成电平信号由所述微处理器10读取，所述微处理器10对输入信息进行译码处理，判断产生的译码结果是否正确，得出结果正确或者给出结果无效提示。
表一左列显示16个位置信息码元，右列是用(7,4)系统循环汉明码编码的对应纠错码元，其中前4位是信息码元，根据(7,4)系统循环汉明码编码规则，加了后3位监督码。码道设计要保证接收到的是位置对应的(7,4)系统循环汉明码编码。
| 位置基础码元 | (7，4)系统循环汉明码元 |
| 0000 | 0000000 |
| 0001 | 0001011 |
| 0010 | 0010110 |
| 0011 | 0011101 |
| 0100 | 0100111 |
| 0101 | 0101100 |
| 0110 | 0110001 |
| 0111 | 0111010 |
| 1000 | 1000101 |
| 1001 | 1001110 |
| 1010 | 1010011 |
| 1011 | 1011000 |
| 1100 | 1100010 |
| 1101 | 1101001 |
| 1110 | 1110100 |
| 1111 | 1111111 |
表一
7对光耦采用径向分布很容易实现表一的(7,4)系统循环汉明码编码，但码道多(7个)、体积大，一般不采用。
采用光耦对圆周等距分布，用单个码道实现，则体积可小的多，但码道图形要精细设计，全0和全1两个码值不能用，只用14个码值。本实施例中发射板2和接收板4采用这种圆周等距分布，字轮码盘3为单码道方式。
在本实施例中，字轮码盘是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上。3个扇形孔槽分别为第一透光带7、第二透光带8以及第三透光带9，其余为不透光部分；所述第一透光带7的弧度为3π/7，所述第二透光带8的弧度为3π/7，所述第三透光带9的弧度为π/7，所述第一透光带7与所述第二透光带8间隔的弧度为2π/7，所述第一透光带7与所述第三透光带9间隔的弧度为4π/7，所述第二透光带8与所述第三透光带9间隔的弧度为π/7。若将码道上将透光带和不透光部分互换得到的码道图形也可得到(7,4)系统循环汉明码码值。
在本实施例中，如图3所示，所述发射板2上设有7个红外发射管1，所述红外发射管1呈圆环形均匀等距地设置在所述发射板2上，且所述红外发射管1构成的圆环与透光带构成的圆环相对应等径设置，所述接收板4上设有7个红外接收管5，且每个所述红外接收管5与每个所述发射管1一一对应设置。当红外发射管1通过字轮码盘3的透光带时，能够直接将发射的红外光射到红外接收管5上，在没有透光带的地方，红外接收管5无法接收到红外光。
在实施例中，读取角度信息方法如图3所示，当发射板和接收板上电，发射管发出红外光，通过码盘到接收板，光线如通过透光带，则对应的接收管导通，此位输出低电平(视为0)；光线如遇到不透光区域，则对应的接收管截止，此位输出高电平(视为1)。这样，7个接收管集电极输出对应字轮角度位置的7位二进制码值，经所述信号调理整形后由所述微处理器读取，所述信号调理电路为阻容网络或门电路。
在本实施例中，字轮码盘3的码道图形(透光带和不透光区域)配合7组发射接收对可确保字轮盘转动1周产生14个(7,4)系统循环汉明码码值(全0和全1除外)。因此，通过本装置就能够对读取的任意一位码值错误自动进行纠正，并对读取的任意两位以上码值错误进行报警提示。
在本实施例中，在微处理器10中，进行译码的过程为：
设读取的7位码值R(X)为{r6 r5 r4 r3 r2 r1 r0}；
对R(X)做7个位异或运算，获得p1～p7；
将获得的结果依以下次序填入三个字节单元，获得字节S0、S1以及S2；
S0：{X p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7}
S1：{X p2 p3 p4 p5 p6 p7 p1}
S2：{X p7 p1 p2 p3 p4 p5 p6}，
其中：X为任意值。
对字节S1的每一位作求反运算得到S11字节；
将S0、S11与S2字节单元做与运算，获得E(X)：
E(X)＝S0&S11&S2
将获得的E(X)与接收的数据R(X)做异或运算，获得译码结果L(X)：
如果读取的码值R(X)是正确的，L(X)低7位与R(X)相等；如果干扰影响使R(X)有任意一位错误，L(X)低7位是纠正其错误的正确结果。
将获得的L(X)低7位与(7，4)循环汉明码码表进行查表对比，L(X)低7位码值在表中，读取的字轮角度信息正确可信。若L(X)低7位不在表中，则发生任意两位以上的错误，读取的R(X)不可信，舍去。
工作原理：
当纠错装置通电后，红外发射管1向字轮码盘3发出红外光，在字轮码盘3有透光带的地方，红外光穿过透光带射到对应的红外接收管5上，被光射到的接收管就导通，输出低电平(相当于数值0)；在没有透光带的地方，红外接收管5没有得到红外光就处于截止状态，输出高电平(相当于数值1)。设置在接收板4上的7个红外接收管5将接收的红外光信息转换为7位二进制信息输入到信号调理电路中，经信号调理整形后，被微处理器10统一读取进行译码，并将译码得到的结果与码表进行对比，进而能够判断结果的正确与否，以作下一步处理。
本实施例公开的一种纠错编码读取字轮装置，如读取过程由于干扰等因素造成接收有某一位出错(例如0变成1)，本装置可自动纠错，得到正确的信息；如读取过程由于干扰等因素造成接收有某两位出错，本装置可自动报出错提示；对于任意某一位发生硬件故障，系统仍可正常工作。
实施例二
本实施例公开了一种纠错编码读取字轮装置，本实施例是将实施例一中透光带的角度部分进行重新设计，其余部分与实施例一完全相同，具体为：
设计的码道图形如图4，在本实施例中，字轮码盘仍是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上，3个扇形孔槽分别为第一透光带7、第二透光带8以及第三透光带9，其余为不透光部分；所述第一透光带7的弧度为2π/7，所述第二透光带8的弧度为2π/7，所述第三透光带9的弧度为3π/7，所述第一透光带7与所述第二透光带8间隔的弧度为π/7，所述第一透光带7与所述第三透光带9间隔的弧度为5π/7，所述第二透光带8与所述第三透光带9间隔的弧度为π/7。若将码道上透光带和不透光部分互换得到的码道图像也可以得到(7,4)系统循环汉明码码值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，包括发射板(2)、字轮码盘(3)、接收板(4)以及微处理器(10)，所述字轮码盘(3)设置在所述发射板(2)与所述接收板(4)之间；所述发射板(2)用于发射红外光，红外光通过所述字轮码盘(3)，编码信息映射到所述接收板(4)上；所述接收板(4)将接收的光信号转成高电平和低电平，由所述微处理器(10)读取；发射板(2)、字轮码盘(3)和接收板(4)组合，在字轮旋转一周产生14个(7,4)系统循环汉明码码值；所述微处理器(10)用于对7位电平输入信号进行译码处理。
2.根据权利要求1所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述字轮码盘(3)是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上，3个扇形孔槽分别为第一透光带(7)、第二透光带(8)以及第三透光带(9)，其余为不透光部分；所述第一透光带(7)的弧度为3π/7，所述第二透光带(8)的弧度为3π/7，所述第三透光带(9)的弧度为π/7，所述第一透光带(7)与所述第二透光带(8)间隔的弧度为2π/7，所述第一透光带(7)与所述第三透光带(9)间隔的弧度为4π/7，所述第二透光带(8)与所述第三透光带(9)间隔的弧度为π/7。
3.根据权利要求1所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述字轮码盘(3)是单码道，包括3个扇形孔槽，所述扇形孔槽与字轮中心同心、且在同一圆周线上，3个扇形孔槽分别为第一透光带(7)、第二透光带(8)以及第三透光带(9)，其余为不透光部分；所述第一透光带(7)的弧度为2π/7，所述第二透光带(8)的弧度为2π/7，所述第三透光带(9)的弧度为3π/7，所述第一透光带(7)与所述第二透光带(8)间隔的弧度为π/7，所述第一透光带(7)与所述第三透光带(9)间隔的弧度为5π/7，所述第二透光带(8)与所述第三透光带(9)间隔的弧度为π/7。
4.根据权利要求2和3所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述第一透光带(7)、所述第二透光带(8)以及所述第三透光带(9)替换为不透光部分，将字轮码盘不透光的部分变为透光部分。
5.根据权利要求4所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述发射板(2)上设有7个红外发射管(1)，所述红外发射管(1)呈圆环形均匀等距的设置在所述发射板(2)上，且所述红外发射管(1)构成的圆环与透光带构成的圆环相对应等径设置，所述接收板(4)上设有7个红外接收管(5)，且每个所述红外接收管(5)与每个所述发射管一一对应设置。
6.根据权利要求5所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述装置还包括支撑杆(6)，所述支撑杆(6)上依次设置发射板(2)、字轮码盘(3)以及接收板(4)，所述接收板(4)上设置的所述红外接收管(5)通过电路与所述信号调理电路(11)连接。
7.根据权利要求4所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述字轮装置还包括信号调理电路(11)，所述信号调理电路(11)用于对7个电平信号调理和整形，所述信号调理电路(11)为阻容网络或门电路。
8.根据权利要求7所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述译码处理的具体方法步骤为：
将获得的7位电平信号从高到低依次排序为R(X)＝{r6 r5 r4 r3 r2 r1 r0}；
对上述读取的信息做7个位异或运算，获得p1～p7；
将运算结果依次装入三个字节单元，获得字节S0、S1以及S2；
将S1字节的每一位求反运算得到S11字节；
将S0、S11与S2字节做与运算，获得E(X)，并将获得的E(X)与接收的数据R(X)做异或运算，获得L(X)；
将获得的L(X)与(7,4)系统循环汉明码码表进行对比，若读取码值是正确的，则译码输出是正确结果，若读取码值任意一位出现错误，则译码输出是纠正其错误的正确结果。
9.根据权利要求8所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述p1～p7的具体表达式为：
p1＝r6⊕r5⊕r4⊕r2
p2＝r5⊕r4⊕r3⊕r1
p3＝r4⊕r3⊕r2⊕r0
p4＝r6⊕r3⊕r2⊕r1
p5＝r5⊕r2⊕r1⊕r0
p6＝r6⊕r4⊕r1⊕r0
p7＝r6⊕r5⊕r3⊕r0。
10.根据权利要求8所述的一种纠错编码读取字轮装置，其特征在于，所述S0、S1以及S2的具体存储次序为：
S0：{X p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7}
S1：{X p2 p3 p4 p5 p6 p7 p1}
S2：{X p7 p1 p2 p3 p4 p5 p6}，
其中：X为最高位，可取任意值；
所述E(X)的具体表达式为：E(X)＝S0&S11&S2，所述L(X)的具体表达式为L(X)＝R(X)⊕E(X)。
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