CN204128572U - 一种电感感应式数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电感感应式数据采集装置。它包括若干个字轮，还包括微处理器、电源模块、多路选择开关、LC阻尼转换模块以及与每个字轮对应的字轮检测模块，字轮检测模块包括异型金属钣金件和感应线圈，异型金属钣金件设置在对应字轮的外圈表面，异型金属钣金件的变形与字轮外圈的数字相对应，感应线圈设置在对应字轮的正上方，感应线圈的两端分别与多路选择开关电连接，LC阻尼转换模块分别与多路选择开关和微处理器电连接，微处理器还分别与电源模块和多路选择开关的控制端电连接。本实用新型具有较强的抗干扰能力，计量准确，且成本较低。

Description

一种电感感应式数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及抄表数据采集技术领域，尤其涉及一种电感感应式数据采集装置。

背景技术

随着自来水用户表改造工程的逐步展开，抄表收费工作量不断的增加，传统的人工抄表方式已经越来越不能适应发展的需要。近些年来，智能远程自动抄表技术被大力倡导及应用。自动抄表技术也经历着一个从无到有，技术日趋成熟的一个过程。

目前已开发出多种机械计量表读取技术，各有其优缺点。以干簧管、霍尔元件为传感器的脉冲式水表和IC卡表需要24小时电源和备用电池供电，通过实时检测脉冲信号进行累计用水量，容易受抖动、电磁干扰影响，计量精度低，误差大等缺点。

直读表目前主要分为电阻式直读表和光电式直读表。电阻式直读表由于长时间机械接触，触点容易磨损，影响电阻值，天气潮湿也会影响电流值，最终导致计量误差。光电式直读表采用红外光光电传感器，红外接收管很容易受到外界红外光或者自然光的影响，在极端环境下甚至能致使传感器完全无法工作，工艺复杂，需要在机械计数器的字轮上安装很多光电装置，导致成本较高，光电板需要垂直安装到字轮之间，装配要求比较高。

中国专利公开号CN202693021，公开日2013年1月23日，实用新型的名称为光电直读表光电模块，该申请案公开了一种光电直读表光电模块，它包含PCB板、布置在PCB板上的发射光电管和接收光电管，所述各发射光电管和接收光电管分置于同一块所述PCB板的两面，布置在PCB板一面的所述各发射光电管成扇形均布在同一圆周上，布置在PCB板另一面的所述各接收光电管的位置与所述各发射光电管的位置一一对应。其不足之处是，该光电模块很容易受到外界红外光或者自然光的影响，在极端环境下甚至能致使光电模块完全无法工作，工艺复杂，需要在机械计数器的字轮上安装很多PCB板，导致成本较高，PCB板需要垂直安装到字轮之间，装配要求比较高。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有远程抄表系统中数据采集装置容易受到外界干扰，计量不准确，成本较高的技术问题，提供了一种电感感应式数据采集装置，其具有较强的抗干扰能力，计量准确，且成本较低。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型的一种电感感应式数据采集装置，包括若干个字轮，还包括微处理器、电源模块、多路选择开关、LC阻尼转换模块以及与每个字轮对应的字轮检测模块，所述字轮检测模块包括异型金属钣金件和感应线圈，所述异型金属钣金件设置在对应字轮的外圈表面，所述异型金属钣金件的变形与字轮外圈的数字相对应，所述感应线圈设置在对应字轮的正上方，所述LC阻尼转换模块包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1和比较器U1，所述感应线圈的两端分别与多路选择开关的两个对应输入端电连接，所述多路选择开关的第一公共输出端与电容C1一端和电阻R1第一端电连接，电阻R1第二端与比较器U1的同相输入端电连接，比较器U1的反相输入端与电源模块电连接，比较器U1的输出端与微处理器的输入端电连接，多路选择开关的第二公共输出端与电容C1另一端、电阻R2一端和二极管D1阴极电连接，二极管D1阳极与微处理器的第一输出端电连接，电阻R2另一端与微处理器的第二输出端电连接，所述微处理器还分别与多路选择开关的控制端和电源模块电连接。

在本技术方案中，字轮为水表或燃气表的字轮。异型金属钣金件由不锈钢或铝制成。电源模块给采集装置供电，并给比较器U1提供参考电压Vref。异型金属钣金件通过注塑、黏贴或电镀等方式固定于字轮外圈表面，异型金属钣金件为电感渐变的不封闭圆环结构，其圆心与字轮同心，异型金属钣金件的宽度随着字轮上数字的变大而逐渐变大。感应线圈为圆形螺旋线结构或方形螺旋线结构或三角形螺旋线结构。

检测时，微处理器通过多路选择开关使需要检测的字轮对应的感应线圈与LC阻尼转换模块连通。接着，微处理器的第二输出端输出高电平，第一输出端输出一个触发脉冲，电容C1充电，电容C1与感应线圈形成LC阻尼振荡，LC阻尼振荡信号从比较器U1的同相输入端输入。比较器U1将LC阻尼振荡信号电压与反向输入端输入的参考电压Vref进行比较，如果LC阻尼振荡信号电压大于参考电压Vref，则比较器U1输出高电平，否则比较器U1输出低电平，比较器U1输出一个方波到微处理器。微处理器检测方波的高电平时间T，并根据该高电平时间T计算出位于感应线圈正下方的字轮数字。

感应线圈设置在对应字轮的正上方，位于感应线圈正下方的字轮上的数字越大，异型金属钣金件正对感应线圈的部分的面积越大，产生的LC阻尼振荡的阻尼系数越大，LC阻尼振荡的幅度越小，LC阻尼振荡的波形范围越窄，产生的方波的高电平时间T越短。根据异型金属钣金件正对感应线圈的部分的面积决定LC阻尼振荡波形幅值大小的原理，可以准确得到当前字轮上的哪个数字位于感应线圈的正下方。

字轮为四个，分别为个位字轮、十位字轮、百位字轮和千位字轮。微处理器通过多路选择开关依次将各个字轮对应的感应线圈与LC阻尼转换模块连通，检测每个字轮上位于对应感应线圈正下方的数字，从而得到水表或燃气表的读数，并将该读数发送到抄表部门。

作为优选，所述LC阻尼转换模块还包括电阻R3和电容C2，多路选择开关的第二公共输出端与电容C2一端和电阻R3一端电连接，电容C2另一端和电阻R3另一端都接地。电阻R3和电容C2组成滤波电路，滤除干扰信号。

作为优选，所述LC阻尼转换模块还包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和二极管D2，所述电阻R1第二端与二极管D2阳极电连接，二极管D2阴极与电容C3一端、电阻R4一端和比较器U1的同相输入端电连接，电容C3另一端与电阻R5一端电连接，电阻R4另一端与电容C4一端和电阻R6一端电连接，电阻R5另一端、电容C4另一端和电阻R6另一端都接地。电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4组成滤波电路，滤除干扰信号，二极管D2防止反向电压输入。

作为优选，所述多路选择开关包括若干个开关管，所述开关管的控制端与微处理器电连接，每个感应线圈与两个开关管相对应，每个感应线圈的两端分别与对应的两个开关管的第一导通端电连接，两个开关管的第二导通端分别与多路选择开关的第一公共输出端和第二公共输出端电连接。

作为优选，所述异型金属钣金件为电感渐变的不封闭圆环结构，其圆心与字轮同心。位于感应线圈正下方的字轮上的数字越大，异型金属钣金件正对感应线圈的部分的面积越大，电感越大。

作为优选，所述感应线圈为方形螺旋线结构。方形螺旋线结构在相同有限的面积上具有最大的电感量，感应线圈本身为PCB线圈，其本身的电感量就比较小，LC振荡的变化也会比较小，电感量大比较容易检测。同时，方形螺旋线结构可以完全覆盖异型金属钣金件。

作为优选，所述感应线圈与其对应的字轮上的异型金属钣金件之间的距离大于0小于等于2mm。

本实用新型的有益性效果是：(1)不会受到外界自然光、天气潮湿等因素的影响，具有较强的抗干扰能力，计量准确。(2)感应线圈安装在字轮上方，且与异型金属钣金件没有接触，无磨损，安装方便，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路原理连接框图；

图2是多路选择开关和LC阻尼转换模块的一种电路原理图；

图3是异型金属钣金件安装在字轮上方的结构示意图；

图4是字轮的展开图；

图5是感应线圈的一种结构示意图；

图6是电容C1与感应线圈形成LC阻尼振荡的振荡曲线图；

图7是方波高电平时间T与字轮数字的关系图。

图中：1、微处理器，2、电源模块，3、多路选择开关，4、LC阻尼转换模块，5、异型金属钣金件，6、感应线圈，7、字轮，8、无线通信模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种电感感应式数据采集装置，如图1、图2所示，包括四个字轮7，还包括微处理器1、电源模块2、多路选择开关3、LC阻尼转换模块4、无线通信模块8以及与每个字轮7对应的字轮检测模块，字轮检测模块包括异型金属钣金件5和感应线圈6，异型金属钣金件5设置在对应字轮7的外圈表面，异型金属钣金件5的变形与字轮7外圈的数字相对应，感应线圈6设置在对应字轮7的正上方，感应线圈6的两端分别与多路选择开关3电连接，LC阻尼转换模块4分别与多路选择开关3和微处理器1电连接，微处理器1还分别与电源模块2、无线通信模块8和多路选择开关3的控制端电连接。

4个字轮7分别为个位字轮、十位字轮、百位字轮和千位字轮，多路选择开关3包括开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7和开关管K8，个位字轮对应的感应线圈6的两端分别与开关管K1的第一导通端和开关管K2的第一导通端电连接，十位字轮对应的感应线圈6的两端分别与开关管K3的第一导通端和开关管K4的第一导通端电连接，百位字轮对应的感应线圈6的两端分别与开关管K5的第一导通端和开关管K6的第一导通端电连接，千位字轮对应的感应线圈6的两端分别与开关管K7的第一导通端和开关管K8的第一导通端电连接。开关管K1的第二导通端、开关管K3的第二导通端、开关管K5的第二导通端和开关管K7的第二导通端都与多路选择开关3的第一公共输出端电连接，开关管K2的第二导通端、开关管K4的第二导通端、开关管K6的第二导通端和开关管K8的第二导通端都与多路选择开关3的第二公共输出端电连接。开关管K1的控制端、开关管K2的控制端、开关管K3的控制端、开关管K4的控制端、开关管K5的控制端、开关管K6的控制端、开关管K7的控制端和开关管K8的控制端分别与微处理器1电连接。

LC阻尼转换模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2和比较器U1，多路选择开关3的第一公共输出端与电容C1一端和电阻R1一端电连接，电阻R1另一端与二极管D2阳极电连接，二极管D2阴极与电容C3一端、电阻R4一端和比较器U1的同相输入端电连接，电容C3另一端与电阻R5一端电连接，电阻R4另一端与电容C4一端和电阻R6一端电连接，电阻R5另一端、电容C4另一端和电阻R6另一端都接地，比较器U1的反相输入端与电源模块2电连接，比较器U1的输出端与微处理器1的输入端电连接，多路选择开关3的第二公共输出端与电容C1另一端、电容C2一端、电阻R3一端、电阻R2一端和二极管D1阴极电连接，电容C2另一端和电阻R3另一端都接地，二极管D1阳极与微处理器1的第一输出端电连接，电阻R2另一端与微处理器1的第二输出端电连接。

电阻R3和电容C2组成滤波电路，滤除干扰信号。电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3和电容C4组成滤波电路，滤除干扰信号，二极管D2防止反向电压输入。

字轮7为水表或燃气表的字轮。异型金属钣金件5由不锈钢或铝制成。电源模块2给采集装置供电，并给比较器U1提供参考电压Vref。如图3所示，异型金属钣金件5通过注塑、黏贴或电镀等方式固定于字轮7外圈表面，异型金属钣金件5为电感渐变的不封闭圆环结构，其圆心与字轮同心。如图4所示，异型金属钣金件5在平面上展开后呈等腰三角形，异型金属钣金件5没有覆盖数字0，异型金属钣金件5的宽度随着字轮7上数字的变大而逐渐变大。位于感应线圈6正下方的字轮7上的数字越大，异型金属钣金件5正对感应线圈6的部分的面积越大，电感越大。

如图5所示，感应线圈6为方形螺旋线结构。方形螺旋线结构在相同有限的面积上具有最大的电感量，感应线圈6本身为PCB线圈，其本身的电感量就比较小，LC振荡的变化也会比较小，电感量大比较容易检测。同时，方形螺旋线结构可以完全覆盖异型金属钣金件5。感应线圈6与其对应的字轮7上的异型金属钣金件5之间的距离为2mm。

检测时，微处理器1通过多路选择开关3使需要检测的字轮7对应的感应线圈6与LC阻尼转换模块4连通。接着，微处理器1的第二输出端输出高电平，第一输出端输出一个1μs的触发脉冲，电容C1充电，电容C1与感应线圈形成LC阻尼振荡，LC阻尼振荡信号从比较器U1的同相输入端输入。微处理器的第二输出端输出高电平，则LC阻尼振荡检测功能开启，微处理器的第二输出端输出低电平，则LC阻尼振荡检测功能关闭，微处理器的第一输出端输出一个1μs触发脉冲来触发电容C1与感应线圈形成LC阻尼振荡。LC阻尼振荡波形图，如图6所示，感应线圈6设置在对应字轮7的正上方，位于感应线圈6正下方的字轮7上的数字越大，异型金属钣金件5正对感应线圈6的部分的面积越大，产生的LC阻尼振荡的阻尼系数越大，LC阻尼振荡的幅度越小，LC阻尼振荡的波形范围越窄，图中，数字0对应的LC阻尼振荡波形振幅＞数字1对应的LC阻尼振荡波形振幅＞数字2对应的LC阻尼振荡波形振幅。

比较器U1将LC阻尼振荡信号电压与反向输入端输入的参考电压Vref进行比较，如果LC阻尼振荡信号电压大于参考电压Vref，则比较器U1输出高电平，否则比较器U1输出低电平，比较器U1输出一个方波到微处理器，如图6所示，数字0对应的方波高电平时间＞数字1对应的方波高电平时间＞数字2对应的方波高电平时间。

微处理器1检测方波的高电平时间T，并根据该高电平时间T计算出位于感应线圈6正下方的字轮数字。微处理器1读取预先检测的字轮数字n位于感应线圈正下方时采集到的方波高电平时间Zn，n＝0，1，2，3……9。字轮上设置的异形金属钣金件为连续的，因此，LC阻尼振荡后采样得到的方波高电平时间T也为连续的，方波高电平时间T与字轮数字的关系如图7所示。

当T＞(Z0+Z1)/2，字轮数字0位于感应线圈正下方；

当(Z0+Z1)/2≥T＞(Z1+Z2)/2，字轮数字1位于感应线圈正下方；

当(Z1+Z2)/2≥T＞(Z2+Z3)/2，字轮数字2位于感应线圈正下方；

当(Z2+Z3)/2≥T＞(Z3+Z4)/2，字轮数字3位于感应线圈正下方；

当(Z3+Z4)/2≥T＞(Z4+Z5)/2，字轮数字4位于感应线圈正下方；

当(Z4+Z5)/2≥T＞(Z5+Z6)/2，字轮数字5位于感应线圈正下方；

当(Z5+Z6)/2≥T＞(Z6+Z7)/2，字轮数字6位于感应线圈正下方；

当(Z6+Z7)/2≥T＞(Z7+Z8)/2，字轮数字7位于感应线圈正下方；

当(Z7+Z8)/2≥T＞(Z8+Z9)/2，字轮数字8位于感应线圈正下方；

当T≤(Z8+Z9)/2，字轮数字9位于感应线圈正下方。

感应线圈6设置在对应字轮7的正上方，位于感应线圈6正下方的字轮7上的数字越大，异型金属钣金件5正对感应线圈6的部分的面积越大，产生的LC阻尼振荡的阻尼系数越大，LC阻尼振荡的幅度越小，LC阻尼振荡的波形范围越窄，产生的方波的高电平时间T越短。根据异型金属钣金件5正对感应线圈6的部分的面积决定LC阻尼振荡波形幅值大小的原理，可以准确得到当前字轮上的哪个数字位于感应线圈6的正下方。

微处理器1通过多路选择开关3依次将各个字轮7对应的感应线圈6与LC阻尼转换模块4连通，检测每个字轮7上位于对应感应线圈6正下方的数字，从而得到水表或燃气表的读数，并将该读数通过无线通信模块8发送到抄表部门。

Claims (7)

1.一种电感感应式数据采集装置，包括若干个字轮(7)，其特征在于：还包括微处理器(1)、电源模块(2)、多路选择开关(3)、LC阻尼转换模块(4)以及与每个字轮(7)对应的字轮检测模块，所述字轮检测模块包括异型金属钣金件(5)和感应线圈(6)，所述异型金属钣金件(5)设置在对应字轮(7)的外圈表面，所述异型金属钣金件(5)的变形与字轮(7)外圈的数字相对应，所述感应线圈(6)设置在对应字轮(7)的正上方，所述LC阻尼转换模块(3)包括电阻R1、电阻R2、电容C1、二极管D1和比较器U1，所述感应线圈(6)的两端分别与多路选择开关(3)的两个对应输入端电连接，所述多路选择开关(3)的第一公共输出端与电容C1一端和电阻R1第一端电连接，电阻R1第二端与比较器U1的同相输入端电连接，比较器U1的反相输入端与电源模块(2)电连接，比较器U1的输出端与微处理器(1)的输入端电连接，多路选择开关(3)的第二公共输出端与电容C1另一端、电阻R2一端和二极管D1阴极电连接，二极管D1阳极与微处理器(1)的第一输出端电连接，电阻R2另一端与微处理器(1)的第二输出端电连接，所述微处理器(1)还分别与多路选择开关(3)的控制端和电源模块(2)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述LC阻尼转换模块(4)还包括电阻R3和电容C2，多路选择开关(3)的第二公共输出端与电容C2一端和电阻R3一端电连接，电容C2另一端和电阻R3另一端都接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述LC阻尼转换模块(4)还包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C3、电容C4和二极管D2，所述电阻R1第二端与二极管D2阳极电连接，二极管D2阴极与电容C3一端、电阻R4一端和比较器U1的同相输入端电连接，电容C3另一端与电阻R5一端电连接，电阻R4另一端与电容C4一端和电阻R6一端电连接，电阻R5另一端、电容C4另一端和电阻R6另一端都接地。

4.根据权利要求1或2所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述多路选择开关(3)包括若干个开关管，所述开关管的控制端与微处理器(1)电连接，每个感应线圈(6)与两个开关管相对应，每个感应线圈(6)的两端分别与对应的两个开关管的第一导通端电连接，两个开关管的第二导通端分别与多路选择开关(3)的第一公共输出端和第二公共输出端电连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述异型金属钣金件(5)为电感渐变的不封闭圆环结构，其圆心与字轮(7)同心。

6.根据权利要求1或2所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述感应线圈(6)为方形螺旋线结构。

7.根据权利要求1或2所述的一种电感感应式数据采集装置，其特征在于：所述感应线圈(6)与其对应的字轮(7)上的异型金属钣金件(5)之间的距离大于0小于等于2mm。