CN203587129U - 远程计量仪表及其计数器读数装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种远程计量仪表及其计数器读数装置，该计数器读数装置包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其中，每组所述光电传感器包括至少三个所述光电传感器，同组的至少三个所述光电传感器的发光管串联。本实用新型具有成本低、传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。

Description

远程计量仪表及其计数器读数装置

技术领域

本实用新型涉及一种远程计量仪表，尤其涉及远程计量仪表的计数器读数装置，属于计量仪表数据的识别及处理技术领域。 

背景技术

传统的电表、水表、煤气表等计量仪表均采用机械式计度器，是一种人工直读式累加计数器。此类机械式计度器的突出优点是无须电源就能进行计量(如水表、气表)，缺点则是只能人工读数抄表。 

随着社会进步，电子技术和网络通讯的发展，上世纪九十年代，人们开始应用电子技术将机械式计度的电表、水表、煤气表计数值进行远程读取，通过有线和无线网络传输到计算机中心进行显示打印（即远程抄表）。 

有关远程读取抄表的方法和装置已有很多公开技术，例如采用轮式电子抄表的公开专利文献就有上百条之多。从已经公开的专利文献可以看到，对电表、水表、煤气表等计量仪表进行远程读取的解决方法较多是通过脉冲式计数进行数字化处理，即通过对该仪表某一转动部件的转动次数通过光、磁或谐振感应方式等进行脉冲输出计量，每转动一次便输出一个脉冲或脉冲组，再由单片计算机进行数字化处理并加以累计和存储。但是，这种方式缺点是易受干扰；对于机械式水表或气表等没有电的计量仪表来说，脉冲计量装置必须保证在计量的全过程外接电，当断电时容易造成计量不准。后来发展出非接触式电子读取装置，如专利号为00208157.1的中国专利公开一种电子数字化读取的机械转轮式计数器，以及专利号为00105255.1的中国专利公开一种机械转轮式计数器的电子数字化读取方法。其数字化读取是通过发射光线到数码转轮上，数码转轮上对应读数的区域为反射区或吸收区，四个开光量式传感器检测反射区或吸收区的反射光，并判断为开(1)或关(0)状态，通过感应到的四个数字的不同 排列的状态而确定视区上的确切读数。上述两专利文献可以对计量仪表进行非接触式电子读取，解决了脉冲计数所带来的二次计量等问题，但是，由于二者均采用开关式传感器来进行电子读取，很容易造成读数不准，难以推广应用。 

此外，研究发现，现有的机械轮式和各种电子远程计量水表、电表、煤气表存在需要改变水、电、气管路的安装方式，存在着体积大，传输数据不稳定、读数误差较大、成本高等诸多缺点，真正应用起来的极少。 

根据远程电子计量仪表存在的缺点，申请号为CN01106500.1的中国专利申请公开一种机械式仪表的非接触式电子读数传感装置，以及申请号为CN00122436.0的中国专利申请公开一种自校正多功能电子电能表及其网络，二者对计量仪表体积大，传输数据不稳定有了进一步的改进。 

但是在现公开的非接触式电子读数传感装置中，仍存在读数误差等突出的缺点，特别是在光电读数传感方法和装置中，读取装置的传感器的感应头一般都有电子噪音，在某些情况下，电子噪音可能掩盖了感应到的真实信号，或比真实信号还强，从而导致误读的发生；此外，计量仪表的数码转轮都有供人们肉眼观察转轮上读数的视区，因此在外界光从视区进入计量仪表而照射数码转轮的情况下，增大了数码转轮的反射光，结果传感器检测到错误的信号，比如应该感应不到反射光的，由于背景光的影响，错误地检测到光线，从而认为该区域是高反射区。所有上述的缺陷都必然导致现有读取装置不能正确读数，或不能稳定工作。 

为了改变反射光（背景光）的影响，申请号为CN200510035995.6的中国专利申请公开一种机械转轮式计数器的电子读取装置及其方法，申请号为CN200510036371.6的中国专利申请提供一种转轮式计数器的电子读取装置。 

在机械结构方面，申请号为CN201110274440.2的中国专利申请提供一种直读式水表计度器，其对远程电子计量仪表内部读数轮和传感器安装方式进行了改进。该直读式电子计度器与之前技术相比，最大的特点是：感应装置安装在转轮或转盘旁边，转轮或转盘上设置有读数，读数所在区域是被感应区，感应装置是一个模拟量式光电传感器，被感应区是色差反光区，电子读数是剔除背景噪音后的差值。该计度器试用经历表明：其具有成本低、传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。 

但是在实践过程中发现该直读式电子计度器还存在以下问题： 

1、由于单片机和传感器连线多，所以都是把单片机放置在水表内部的水环境中，如果密封不好，容易损坏。 

在结构的设计上，一是进位轮安装在数字轮的底部或侧边，数字轮每个数字相应镶嵌或涂有与传感器对应的材料，在壳体内安装有若干个对数字轮识别的传感器，电路板安装在壳体的底部，并通过引线将信号输出，这种结构的字轮盒、传感器和齿轮传动机构分别安装在两个空腔内，使得水表计数器的结构复杂；二是由于齿轮传动机构需要跨越两个空腔，致使隔离液从液封腔的侧面渗漏；三是该类液封水表只能适用在温度高的区域或温暖的季节，因为在寒冷冬天的季节，尤其是在0℃以下的区域，该类隔离液体在水表内结冰，往往会造成水表外壳爆裂，使得整个水表报废。 

2、在壳体内安装的传感器方面，过去采用单个传感器工作，当遇到意外一个传感器失灵或者使用时间长线路或部件老化的时候，读数就不能进行，远程计量仪表计数器就无法工作。 

为了解决上述结构方面的问题，申请号为CN201210268166.2的中国专利申请公开一种全液封水表计数器，其包括字轮盒、数字轮、齿轮传动机构、驱动轮和光电计数器，齿轮传动机构、数字轮、驱动轮和光电计数器均安装字轮盒内，驱动轮安装在数字轮的上部，并与数字轮啮合，光电计数器安装在数字轮的侧面或底部，在字轮盒的空腔内充满了密度比水低的无色透明的隔离液，光电计数器可以整个泡在隔离液内，齿轮传动机构由叶轮传动后从字轮盒的底盖输出，具有设计合理、结构简单，计数精确度高，适应性广等特点。 

对于上述传感器或者说感应装置存在的问题，目前仍无可靠的解决方案，大多仍然采用传统技术、或者申请号为CN200510035995.6的中国专利申请提供的技术、或者申请号为CN200510036371.6的中国专利申请提供的技术，当一个传感器失效时，即可能造成整个计量仪表的远程读数功能无法运行。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种远程计量仪表计数器及其读数装置，以解决现有技术存在的故障隐患。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种远程计量仪表的计数器读数装置，其技术方案如下： 

一种远程计量仪表的计数器读数装置，包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其中，每组所述光电传感器包括至少三个所述光电传感器，同组的所述光电传感器的发光管串联之后的正端与一第一电子开关的输出端连接，其负端与一第二电子开关的输出端连接，所述第二电子开关的输入端与所述单片机的一第一输出端口连接以接收控制指令，所述第一电子开关的输入端与所述单片机的一第二输出端口连接以接收控制指令，同组所述光电传感器的光接收管的集电极连接于所述单片机的一第三输出端口，同组所述光电传感器的光接收管的发射极输出端分别与所述单片机的第一A/D输入端口连接以接收光电信号。 

优选地，每组所述光电传感器包括三个所述光电传感器，同组的三个所述光电传感器的发光管串联之后与一第一电子开关的输入端连接，所述第一电子开关的控制端与所述单片机的一第一输出端口连接以接收控制指令，所述第一电子开关的输出端接地，同组所述光电传感器的三个光接收管的输入端连接于所述单片机的一第二输出端口，同组所述光电传感器的三个光接收管的输出端分别与所述单片机的一第一输入端口、一第二输入端口、一第三输入端口连接以输出电信号。 

优选地，每组所述光电传感器包括四个所述光电传感器，同组的四个所述光电传感器的发光管串联之后连接于一第一电子开关的输入端和一电源之间，所述第一电子开关的控制端与所述单片机的一第一输出端口连接以接收控制指令，所述第一电子开关的输出端连接于一第二电子开关的输入端，所述第二电子开关的控制端和输出端分别连接于所述单片机的一第二输出端口和接地，同组所述光电传感器的四个光接收管的输入端连接于所述电源，同组所述光电传感器的四个光接收管的输出端分别与所述单片机的一第一输入端口、一第二输入端口、一第三输入端口、一第四输入端口连接以输出电信号。 

优选地，每组所述光电传感器包括五个所述光电传感器，同组的五个所述光电传感器的发光管串联之后连接于一第一电子开关的输入端和一电源之间，所述第一电子开关的控制端与所述单片机的一第一输出端口连接以接收控制指令，所述第一电子开关的输出端连接于一第二电子开关的输入端，所述第二电子开关的控制端和输出端分别连接于所述单片机的一第二输出端口和接地，同组所述光电传感器的五个光接收管的输入端连接于所述电源，同组所述光电传感器的五个光接收管的输出端分别与所述单片机的一第一输入端口、一第二输入端口、一第三输入端口、一第四输入端口、一第五输入端口连接以输出电信号。 

优选地，其中，所述第一电子开关为三极管。 

优选地，其中，所述第一电子开关、所述第二电子开关均为三极管。 

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种远程计量仪表，包括计数器读数装置，其中，所述计数器读数装置为上述任一所述的远程计量仪表的计数器读数装置。 

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下： 

采用串联的传感器将光电信号接到单片机内置的AD转换器，单片机将模拟信号转换成数字信号，然后进行处理，具有线路连接简单、可将传感器和单片机分为两部分连接，以使这两部分可单独安置在表里表外（对水表而言），具有成本低，传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。 

另外，本实用新型可以采用模拟量式光电传感器，光电传感器可以安装在数字轮或数字转盘旁边，数字轮或转盘上设置的读数区域是被感应区，被感应区是色差反光区或者或透光孔，电子读数经由单片机处理之后，可以是剔除背景噪音后的差值，如此，可以提高读数的准确性，自动化程度高，方法简单，操作容易。 

附图说明

图1为本实用新型的计数器读数装置实施例一（每组光电传感器包括二个串联的光电传感器）的电路图； 

图2为本实用新型的计数器读数装置实施例二（每组光电传感器包括至少三个串联的光电传感器）的电路图。 

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。 

为了解决现有技术存在的结构复杂，易受干扰等问题，本实用新型提供一种远程计量仪表的计数器读数装置，其可以应用于水表、电表、煤气表、燃气表等，优选应用于水表。 

图1示出了本实用新型的计数器读数装置实施例一的电路结构，由于本实施例一可以与现有技术中的多种计量仪表的机械结构配合应用，因此，本实施例一的机械结构不再赘述。如图1所示，本实用新型的计数器读数装置实施例一包括数字轮（未示出）、多组光电传感器和与多组光电传感器连接的单片机MCU。其中，数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，多个光电传感器S11、S12……Sn1、Sn2分为多组，按照图1的排列，纵向设置的一列光电传感器即为同一组光电传感器，也即本实施例一共包括第1组至第n（例如，2≤n或者2≤n≤7）组。每组光电传感器S11和S12、……或Sn1和Sn2与每一计数轮对应，每个光电传感器S11、S12……Sn1、Sn2包括用于发出光线并将发出的光线射向对应的计数轮上的数字的发光管和用于接收来自数字上的光线并将光信号转换为电信号的光接收管。由于图1已经清楚了的示出了发光管（例如发光二极管，更具体而言，例如红外发光二极管）与光接收管（光敏三极管）的图标，为了简化附图，图1不再标注发光管与光接收管。每一光电传感器S11、S12……Sn1或Sn2的发光管及光接收管均与单片机MCU耦接（直接或间接连接），单片机MCU接收光接收管发送的电信号并处理电信号从而识别与之对应的计数轮上的数字。每组光电传感器包括两个光电传感器，例如光电传感器S11、S12，同组的两个光电传感器S11、S12的发光管串联。也即第1组光电传感器包括光电传感器S11、S12，……第n组光电传感器包括光电传感器Sn1、Sn2，光电传感器S11、S12的发光管串联，……光电传感器Sn1、Sn2 的发光管串联。 

需要提前的说明的是，图1-图2所示单片机MCU为AVR单片机，但本实用新型并不局限于此，本领域公知的其他单片机以及数字信号处理器也可以作为本实用新型的信号处理设备，例如MCS51单片机等。 

具体而言，如图1所示，各光电传感器S11、S12……Sn1、Sn2按照矩形排列，具体的连接方式为： 

第一行的光电传感器S11、……Sn1的光接收管的发射极连接在一起，然后通过连线JP-3连接于单片机MCU的A/D模拟输入端口ADC0，端口ADC0通过电阻R1接地。 

第二行的光电传感器S12、……Sn2的光接收管的发射极连接在一起，然后通过连线JP-2连接于单片机MCU的A/D模拟输入口ADC1，端口ADC1通过电阻R2接地。 

第n行的光电传感器S1n、……Snn的光接收管的发射极连接在一起，然后通过连线JP-2连接于单片机MCU的A/D模拟输入口ADCn，端口ADCn通过电阻Rn接地。 

第一列的光电传感器S11、S12、S1n为一组，它们的集电极以及S11 

的发光二极管的阳极连接在一起，再通过连线JP-5连接于单片机MCU的一个I/O端口PB1。光电传感器S11的光发射管的阴极则串联于光电传感器S12的光发射管的阳极，S12的阴极连接到第二电子开关Q00、Q01输出端，电子开关的控制端连接于单片机MCU的一个I/O端口PB0。 

第n列的光电传感器Sn1、Sn2为一组，它们的集电极以及Sn1的发光二极管的阳极连接在一起，再通过连线JP-n连接于单片机MCU的一个I/O端口PBn。光电传感器Sn1的光发射管的阴极则串联于光电传感器Sn2的光发射管的阳极，Sn2的阴极连接到第二电子开关Q00、Q01输出端。 

第二行光电传感器S12、…Sn2的光发射管的阴极连接在一起，再连接到第二电子开关输出端的一端，电子开关的另一端连接电阻R81，电阻R81连接到三极管Q00的集电极c，三极管Q00的发射极e与电阻R82和三极管Q01连接，三极管Q00的基极b接电阻R80的一端，电阻R80的一端还连接一三 极管Q81，电阻R80另一端接单片机MCU的一个I/O端口PB0。 

应用时，单片机MCU的I/O端口PB1-PBn输出低电平，PB0输出低电平，则所有的光电传感器不工作，需要读数时，PB0先输出低电平，光电传感器的发光管不亮，然后按次序轮流给端口PB1-PBn中其中一个输出高电平，此时单片机MCU通过读取模拟端口AD0-AD1，可以得到第1组到第n组的光接收管的静态数值：A11，A12，…An1，An2。 

读完静态值后，PB0输出高电平，然后按次序轮流给端口PB1-PBn中其中一个输出高电平。如端口PB1为高时，光电传感器S11的发光管点亮，照亮与之对应的计数轮表面，光反射回光电传感器S11的光接收管(也可以在计数轮侧面按一定规律开大小不一的长孔，发光管透过孔照到光接收管)，则光接收管的发射极产生与接收光强度成比例的电压，单片机MCU通过分别读取端口AD0-AD1，可获得所对应的数值：B11，B12。 

那么第一组的两个光电传感器S11、S12所对应的轮子颜色或透光孔大小的值为： 

C11=B11-A11； 

C12=B12-A12； 

第n组的两个光电传感器Sn1、Sn2所对应的轮子颜色或透光孔大小的值为： 

Cn1=Bn1-An1； 

Cn2=Bn2-An2； 

经过单片机MCU进行数值处理，设反射白色或透过大孔或凸面反射所得的数值Cnx整定为6，反射浅灰色或透过中孔或半凸面反射所得的数值Cnx整整定为4，反射深灰色或透过小孔或平面反射所得的数值Cnx整定为2，反射黑色或透过无孔或凹面反射所得的数值Cnx整定为0，则可以得出计数轮数字0-9的一种编码。 

如在轮子的数字9-0的位置涂黑色或不透光孔，在3-4-7涂浅灰色或中透光孔，在1-2-8涂深灰色或小透光孔，在5-6涂白色或全透光孔，则MCU处理后得到的编码为： 

也就是说采用这样的电路和轮子的结构，通过单片机MCU数值处理后可以得出几百种编码，足以识别整个计数轮所处在的任何位置，从而达到精准读取轮子的数字（0-9），解决轮子的过渡问题。 

优选地，RT为温度传感器，可以检测传感器环境的温度，以便单片机做数据处理的参考。三极管Q00、Q01以及电阻R81、R80、R82等元件作开关型恒流源，增加读数的准确性。 

由于图2所示的本实用新型实施例二与图1的本实用新型实施例一的区别 仅在于，每组光电传感器（也即图中每列光电传感器）的数量不同，而且电路结构清楚，以下不再赘述各实施例的连接方式，仅重点说明各实施例的工作过程。 

每组光电传感器包括较多的有源器件，单片机MCU的端口电压无法适用，因此，另行增加了电源VCC2、三极管Q3n及电阻Q3n等。 

如图2所示，本实用新型实施例二的单片机MCU的I/O端口PB1-PBn输出低电平，端口PB0输出高电平，则所有的光电传感器的发光管不工作，此时单片机MCU通过读取端口AD0-AD1等模拟端口，可以得到第1组到第n组的静态数值：A11、A12、A13、…An1、An2、An3。 

读完静态值后，按次序轮流给端口PB1-PBn中其中一个输出高电平，端口PB0输出高电平，其余的I/O端口为低电平。如端口PB1为高时，电子开关JP-1导通，光电传感器S11的发光管点亮，照亮与之对应的计数轮表面，光反射回光电传感器S11的光接收管(也可以在计数轮侧面按一定规律开大小不一的长孔，发光管透过孔照到接收管)，则光接收管的发射极产生与接收光强度成比例的电压，单片机MCU通过分别读取端口AD0-AD1，可获得所对应的数值：B11，B12，B13。 

那么第一组的三个光电传感器S11、S12、S13，所对应的轮子颜色或透光孔大小的值为： 

C11=B11-A11； 

C12=B12-A12； 

C13=B13-A13； 

第n组的三个光电传感器Sn1、Sn2、Sn3所对应的轮子颜色或透光孔大小的值为： 

Cn1=Bn1-An1； 

Cn2=Bn2-An2； 

Cn3=Bn3-An3； 

经过单片机MCU进行数值处理，设反射白色或透过大孔或凸面反射为4，反射灰色或透过小孔或平面反射为2，反射黑色或透过无孔或凹面反射为0， 则可以得出计数轮数字0-9的一种编码。 

如在轮子的数字9-0-1的位置涂黑色或不透光或制成凹面，在2-3-7-8涂灰色或半透光或制成平明，在4-5-6涂白色或全透光或制成凸面，则单片机MCU处理后得到的编码为： 

如在轮子的数字0-1的位置涂黑色或不透光或制成凹面，在2-3-7-8-9涂灰色或半透光或制成平面，在4-5-6涂白色或全透光或制成凸面，则单片机MCU处理后，全透光所得的数值Cnx设为4，半透光设所得的数值Cnx为2， 不透光所得的数值Cnx设为0，得到的编码为： 

与此类推，单片机MCU对经过AD转换后获得的几种状态数据进行处理后，可以产生非常多的编码，也就是说采用这样的电路和轮子的结构，通过单片机MCU数值处理后可以得出几百种编码，足以识别整个计数轮所处在的任何位置，从而达到精准读取轮子的数字（0-9），解决轮子的过渡问题。 

上述任一计数器读数装置实施例均可以应用于多种类型的远程计量仪表，实现该计量仪表的远程抄表。 

综上，本实用新型可将单片机和传感器组通过很少的连线进行连接，这样单片机和传感器组可单独放置，传感器组在水表里工作，单片机可在水表外无水的环境下工作，即使传感器组漏水，单片机可以检测到，并根据其漏水的大小，决定数据是否可靠，使得电子读数是剔除背景噪音后的差值，检测光干扰或漏水并滤除部分光和漏水的干扰，提高了读数的准确性，自动化程度高，方法简单，操作容易。采用并联的传感器将光电信号输送至单片机进行处理，即使一组传感器其中一个失灵，依然能够保证读数和输出的稳定性，并具有成本低，传感数据准确、性能可靠、运转故障率低等优点。 

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

Claims (2)

1.一种远程计量仪表的计数器读数装置，包括数字轮、光电传感器和与所述光电传感器连接的单片机，所述数字轮包括位于不同数位的多个计数轮，所述光电传感器为多组，每组所述光电传感器与每一所述计数轮对应，每个所述光电传感器包括发光管和光接收管，其特征在于，每组所述光电传感器包括至少三个所述光电传感器，同组的所述光电传感器的发光管串联之后的正端与一第一电子开关的输出端连接，其负端与一第二电子开关的输出端连接，所述第二电子开关的输入端与所述单片机的一第一输出端口连接以接收控制指令，所述第一电子开关的输入端与所述单片机的一第二输出端口连接以接收控制指令，同组所述光电传感器的光接收管的集电极连接于所述单片机的一第三输出端口，同组所述光电传感器的光接收管的发射极输出端分别与所述单片机的第一A/D输入端口连接以接收光电信号。

2.一种远程计量仪表，包括计数器读数装置，其特征在于，所述计数器读数装置为权利要求1所述的远程计量仪表的计数器读数装置。

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