CN208968612U - 一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，包括LED发光管，两个光电晶体管，燃气表计数器传动挡光部件，脉冲驱动电路以及电平/电压检测电路。所述的LED发光管由脉冲驱动电路驱动发射脉冲光，经过挡光部件的通光部位，照射到两个光电晶体管上；挡光部件转动，晶体管接收的光强信号与透光部位的位置相关，输出与通光部位位置相关的两路电信号。经电平/电压检测电路检测其电平逻辑，根据输出逻辑可判断计数器转动方向和状态，对计数器的临界抖动和外界光干扰有很强的抗干扰能力。同时具备低成本、低功耗、自检测、环境自适应能力。本实用新型技术属于燃气表传感器领域。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气表传感领域，尤其涉及燃气表计数读取装置。
背景技术
目前，燃气表远程自动抄表结构主要有计数式和直读式两种方式。直读式是通过直接读取燃气表字轮数值的方式进行抄表，只在需要抄表时上电抄表即可，供电电源要求比较简单但其读取装置结构复杂，成本较高。计数式结构在一个齿轮上放置磁钢或反射膜，用一个磁敏元件或光电开关产生齿轮转动一圈时的脉冲信号，通过计数脉冲数来实现抄表，这种方式结构简单成本极低，但电源要求相对较高，而且容易受到边界抖动，外部磁场（或光）的干扰，特别是市场上最常见的磁计数装置对恶意的干扰攻击抵抗能力很弱。许多厂家通过加额外的磁敏传感器的方法，但依旧难以应对针对性的磁场干扰以及多个无线通信设备造成电磁场涨落产生的干扰。而现有光电开关结构除易受干扰外，还因功耗较大，常规燃气表用电池难以实现在燃气表寿命期不更换持续工作。用一个反射片以及脉冲驱动多个光电开关检测位置的方法可以通过检测反射片的当前位置和以前位置对计数器转动圈数和方向实现准确检测，而且结构简单体积小，对环境光干扰具备很强的抗干扰能力。但这种结构对反射片的光学特性以及位置方向有一定的要求，当不能满足要求时，需要提高发光管驱动功率，会导致电池使用寿命减少。
发明内容
本实用新型的目的是实现一种结构简单、低成本、抗干扰能力强、寿命期内能实现免换电池的具备更低功耗燃气表计数检测装置。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，包括由脉冲驱动电路驱动的LED发光管，燃气表计数器传动挡光部件，两个相同的光电晶体管，电压/电平检测电路。两光电晶体管安装于LED发光管对面。
所述的LED发光管由脉驱冲动电路驱动点亮，脉冲驱动电路可以为通用的脉冲信号发生电路或专用芯片，自带PWM输出功能的单片机IO口或用程序控制周期性输出高低电平的数字IO口与限流电阻组合，发射宽度为微秒至毫秒级的脉冲光，脉冲间隔时间根据燃气表最大流量时的反光片转动周期设定，可设为几百毫秒至秒级。
所述的两个光电晶体管用以检测透过通光部位的LED光，可以为光电二极管、光电三极管或者LED发光管，其中光电晶体管可以和一个上拉电阻或下拉电阻构成光强暗弱检测电路，或者一个充电电容和泄流电阻构成的积分光强检测电路。
所述的燃气表计数器传动挡光部件，可以为侧面有通光孔的燃气表读数字轮，也可以为带通光孔的机械传动齿轮或者附加用以检测的带挡光板或孔的齿轮。
LED发光管照射燃气表计数器传动挡光部件，当其处于通光位置时，LED发光直接照射到所述的两光电晶体管，此时光电晶体管输出都是反映强光的信号；当其转动至档光位置时，挡光片完全挡住LED光，晶体管输出都是反映弱光的信号；当挡光片挡住部分LED时，两个晶体管可能输出一强一弱；挡光片旋转一周，两光电晶体管可依次发出两强信号、强弱、全弱以及弱强四种逻辑状态。
所述的电压/电平检测电路可以为电压比较器芯片、单片机自带的模数转换（AD）功能模块、单片机自带的电压比较器功能模块或者可检测输入数字电平的单片机IO口，可以检测LED发光管照射时，光电管信号强弱的逻辑电平，从而测得两光电晶体管发出的四种逻辑状态。
根据状态来判断计数器转动方向、圈数测量以及边界抖动情形的判定，实现正确的计数检测。
本实用新型的优点是：功耗低，结构非常简单，对电磁场的变化不敏感，不受磁攻击影响；利用两个光电晶体管的输出逻辑来检测反光片转动圈数，对边界抖动和环境光具备很强的抗干扰能力；而且采用脉冲驱动及检测方式不仅极大的降低了整体功耗，而且可以通过在脉冲间隔的光电晶体管的输出对LED发光期间的晶体管输出进行修正，从而实现抗光干扰以及对环境参数的自适应功能，也能根据逻辑状态变化、弱信号电平实现错误状态检测、自身状态的检测。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构原理示意图。
图2是本实用新型的一种使用状态结构原理示意图。
图3是本实用新型的一种使用状态结构示意图。
附图中的标记：1-LED发光管，2-光电晶体管，3-燃气表计数器传动挡光部件，4-脉冲驱动电路，5-电平/电压检测电路，6-侧面带180度圆环孔的燃气表机械计数器最末位字轮，7-限流电阻，8-上拉电阻，9-单片机输入管脚，10-单片机IO输出管脚，11-单片机。
具体实施方式
下面结合本实用新型中的附图，对本实新型中的技术方案进行进一步的具体说明。
实施例1参见图1和图2，所述透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，机械结构可以如图2所示，其燃气表计数器传动挡光部件为侧面开孔的最末位字轮。其整个结构为两个红外贴片LED管贴于PCB上，装配于燃气表最末位字轮一侧，两LED分布等距于字轮轴心，且与轴心成90度角，在字轮另一侧装配有与LED位置相对的两个贴片光电三极管，形成两个光电开关对。字轮侧壁有180度角的半圆环孔，当字轮转动时，LED和光电三极管对依次出现对射透光、挡光等不同状态。
电路和电子元件方面，脉驱冲动电路和电压/电平检测电路都有一个单片机实现。单片机选择用低功耗的MSP430G2231，选P2.7为IO输出口，输出脉冲波，P1.0和P1.1为IO输入口；红外LED和光电三极管选择对应型号的950nm的贴片红外管，限流电阻选择100欧姆，两上拉电阻选择51K。两红外LED串联后再串联限流电阻后，分别连接电源和单片机P2.7管脚；两光电三极管发射极并接接地，集电极分别接上拉电阻后，连接单片机的P1.0和P1.1。单片机通过程序控制，直接用P2.7口输出脉冲宽度为200us，周期为1秒钟的方波信号，加载到红外LED上点亮LED；单片机在LED发光期间，直接读取检测P1.0和P1.1的电平逻辑，获取光电三极管的信号逻辑。字轮转一圈，两个接收三极管依次输出电平逻辑为：00、01、11、10、00；根据输出逻辑序列可以正确计数出最末位字轮转动方向和圈数，所获圈数除以1立方米流量最末位需要转动的圈数便可得到燃气表计数的流量数。在脉冲间隔期，单片机和电路进入休眠以降低功耗。
实施例2参见图3和图2的电路原理部分，所述透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其空间分布如图3所示，传动挡光部件为附带挡片的齿轮，通过机械齿轮传动由燃气计度齿轮带动。挡片齿轮转动圈数与计度器最小位数的字轮转动圈数一致。挡片边缘与轴心为90度角，内侧为一个红外LED发光管，外侧为两个红外光电三极管，两光电三极管与轴心成60度角。
电路原理方面，参见图2.单片机选择低功耗的STM8L151G4芯片，选择单片机的PD0、PD1管脚为输入检测管脚，切换至AD转换功能，选择单片机的PB1管脚为IO输出管脚为脉冲电压输出管脚。红外LED和光电三极管选择对应型号的950nm的直插式红外管，限流电阻选择560欧姆，两上拉电阻选择20K。单片机通过程序控制，把PD0、PD1管脚功能切换成AD转换通道。并用PB1口输出脉冲宽度为300us，周期为1秒钟的方波信号，通过限流电阻加载到红外LED上点亮LED；单片机直接通过AD转换检测脉冲间隔期时PD0、PD1管脚的电压数值，其数值分别减去在LED发光期间两管脚的电压数值，获取光电三极管的信号电平逻辑。字轮转一圈，两个接收三极管依次输出电平逻辑为：00、01、11、10；根据输出逻辑序列可以正确计数出最末位字轮转动方向和圈数，所获圈数除以1立方米流量最末位需要转动的圈数便可得到燃气表计数的流量数。在脉冲间隔期，单片机和电路进入休眠以降低功耗。通过LED亮灭电压差来检测电平方法可有效消除环境光干扰。
Claims (6)
1.一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：包括LED发光管（1）、两个光电晶体管（2）、燃气表计数器传动挡光部件（3）、脉冲驱动电路（4）、电平/电压检测电路（5）；所述的LED发光管（1）由脉冲驱动电路（4）产生的脉冲电压信号驱动发出脉冲光，经过燃气表计数器传动挡光部件（3）的通光部位照射到对面的两个光电晶体管（2）感光面上；两个晶体管（2）接受到的光强与通光部位随燃气表计数传动部件转动到不同位置相关，从而产生两路包含完全档光，完全通光以及部分通光三类状态的电信号，通过电平/电压检测电路（5）检测两路信号电平逻辑测得机械计数器传动部件转动位置，从而获得燃气表计数器转动方向和转动圈数。
2.根据权利要求1所述的一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：燃气表计数器传动挡光部件（3）为字轮或齿轮上的通光孔，或计度器传动机构上带扇形或矩形挡光片。
3.根据权利要求1所述的一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：两个光电晶体管（2）为光电二极管、光电三极管或者LED发光管。
4.根据权利要求1所述的一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：LED发光管（1）为一个、两个或者多个。
5.根据权利要求1所述的一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：脉冲驱动电路（4）为专用脉冲信号发生芯片或电路、单片机带脉宽调制波（PWM）输出功能的IO口或者由程序控制周期性输出高低电平的单片机数字IO口。
6.根据权利要求1所述的一种透射式抗干扰脉冲式燃气表计数检测装置，其特征在于：电平/电压检测电路（5）为脉冲专用检测电路、单片机自带的模数转换（AD）功能模块、单片机自带的电压比较器功能模块或者可检测输入数字电平的单片机IO口。
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