CN2578794Y - 智能字车 - Google Patents

Abstract

字车是一种机械式计数装置，字车计数和保存数据具有安全性和可靠性高的特点，广泛应用于电度表、水表和煤气表等仪器设备中。本实用新型是一种字车数据智能自动抄收装置，主要由字轮位置传感装置，单片机系统和IC卡读写装置组成，字轮位置传感装置是在字车的每个整数位字轮的两侧各安装十个红外发射管和十个红外接收管，并在字轮的中隔上开一个扇形窗口，用来测量字轮的位置，字轮位置传感装置将字轮位置直接转换成数字信号输入单片机处理后，将得到的字车读数储存到IC卡中，从而完成字车数据的自动抄收过程。附图是字轮位置光电传感装置的结构图。图中：1.发射板，2.接收板，3.红外发射管，4.红外接收管，5.扇形透光窗口，6.字轮，7.字车支架，8.隔块。

Description

智能字车

所属技术领域

本实用新型属于传感器及的单片机技术应用领域。

背景技术

字车是一种机械计数装置，用字车计数和保存数据安全可靠，广泛应用于电度表、水表和煤气表等发备中，即使在电子式存储器和显示器得以普及的今天，许多设备仍然采用这种机械计数装置进行计数。然而，由于普通字车不具备自动输出数据的能力，因此不能适应现代自动抄表的需要，而用电子存储器技术，虽然不存在自动数据输出的问题，但电子存储器存在容易受到各种电磁干扰使数据出错和需要不间断的电源以维持整个计数过程的缺陷。

发明内容

本实用新型提出一种技术方案：即在普通字车各整数位字轮两侧安装光电传感器，实时地将各字轮的位置转换成数字信号并输入单片机进行处理，再通过IC卡读写器将实时表底数存入IC卡中，从而完成字车数据的自动抄收。

本实用新型主要由字轮位置红外光电传感装置，单片机数据处理电路和IC卡读写器等部分组成，以下结合附图对其需要解决的技术问题和工作原理进行详细说明。一.字轮位置光电传感装置及其工作原理：

图1(a)是带有字轮位置红外光电传感装置的字车结构图，可以看出它和普通的字车相比，在每位整数位字轮的两侧多了两块装有传感元件的电路板，为了看清它的内部结构，我们将其中一位字轮与其两侧的电路板之间的关系用图1(b)表示，图中：在字轮一侧的电路板某一圆周上均匀分布着十个红外发光管，而另一侧电路板的对应位置上分布着十个红外接收管，从而构成十对光电开关，另外在字轮中隔上开有一个扇形透光窗口，当字轮旋转时，扇形透光窗口便依次通过各对光电开关，只要某位置上的发射管发出的红外光透过窗口，被对侧的接收管接收到，接收管便处于导通状态，而那些被中隔遮住红外光的接收管便处于截止状态。这样就可以得到一组与字轮位置相关的编码，从而实现字轮位置的光电转换过程。

为了进一步说明光电开关、扇形窗口以及字轮上字符之间的相对位置关系，按照图1(b)中箭头所示方向将它们投影到同一平面上，便可以得到图2(a)所示的投影图，图中大圆代表可旋转的字轮，圆周外侧的数字代表字轮上的数字字符，阴影部分代表字轮上的扇形窗口，图中小圆代表安装在电路板上重叠在一起的固定不动的发光管和接收管(一个光电开关单元)，圆内数字为光电开关的编号，上方箭头所指的缺口代表字车上的观察窗口。从图中可以看出：“0”号接收管位于窗口的中央，其余接收管间隔为36°，字轮上的扇形窗口开在“0”字符的下方，并以字符中心与字轮中心点的连线为对称轴，扇形窗口的圆心角满足以下条件：

         (36°+β)＜α＜(72°-β)

其中：α扇形窗口圆心角。

      β为接收管所占圆心角。这样无论字轮停留在什么位置上，在发光管光线的照射下，十个接收管中至少一个最多两个导通，其余接收管截止。我们知道字车是一种特殊的机械计数装置，只有发生进位时人们才会从观察窗口观察到两个残缺不全的连续字符，不发生进位时从观察窗口看到的总是一个完整的字符。当从窗口观察到整字时，一个接收管处于扇形窗口的中心位置，其余接收管均落在扇形窗口之外，这时只有一个接收管导通，如观察到整字0，“0”号接收管导通，观察到整字1，“1”号接收管导通，等等。当从窗口观察到两个残字时，视字符的残缺程度，则可能一个接收管或两个接收管出现在扇形窗口中，对应导通的接收管也就是一个或两个，如观察到残字0和1时，可能“0”号或“1”号接收管导通，也可能“0”号和“1”号接收管同时导通，如观察到残字1和2时，可能“1”号或“2”号接收管导通，也可能“1”和“2”号接收管同时导通，等等。假定以图2(a)为初始状态，现在让字轮按图中箭头所示方向旋转，开始时“0”号接收管导通，此状态一直维持到扇形窗口的左边OL与OC重合，当OL与OD重合时，“0”号接收管和“1”号接收管同时导通，直至扇形窗口的右边OR与OA重合，当OR与OB重合时，“0”号接收管退出导通，此时只有“1”号接收管导通，直至OL与OE重合，当OL与OF重合时，“1”号接收管和“2”号接收管同时导通，直至OR与OD重合，字轮继续旋转，单管导通和双管导通状态交替出现，直到回到初试状态。至于扇形窗口的左边OL和右边OR处于OA和OB、OC与OD之间等接收管区域中时，可能是单管导通也可能是双管导通，然而，总存在这样的分界，一边为单管导通，一边为双管导通，因此最后可以得到如图2(b)的接收管导通状态的分布图，其中网格部分为单管导通区域，非网格部分为双管导通区域。实际上现在我们已经在字轮位置与接收管输出状态之间建立了一种对应关系，下面进一步分析如何利用这个对应关系得到由多位字轮组成的字车的实时读数。

1.字轮均处于非进位状态：

此时的问题比较简单，由于只可能有一个接收管导通，这时可以直接取各字轮接收管的编号作为其窗口读数。

2.字轮处于进位状态：

此时问题就较为复杂，因为处于导通状态的接收管可能是一个也可能有两个，而我们究竟取其中哪一个导通的接收管编号作为窗口读数，必须进行分析和判断才能确定。下面分别对个位，十位和百位进位时的情况加以说明。

(1)个位字轮进位：

此时个位有两个接收管同时导通，我们规定一律取靠前的编号作为窗口读数(注)，也就是说当作进位未完成来处理，这样引起的读数误差不超过1度。

(2)十位字轮进位：

根据字车进位的特点，十位进位是和个位进位同步进行的，也就是说个位从9进位到0，十位将从N进位到N+1。理想情况下，在整个进位过程中个位和十位应同时进入和退出双管导通状态，实际上由于光电开关电学性能的差异，齿轮机械回差以及光电开关安装位置的偏差等因素的存在，会出现如下几种组合：1.个位、十位均为双管导通，2.个位单管导通，十位双管导通，3.个位双管导通，十位单管导通。对于组合1：个位为9号和0号接收管同时导通，按(1)中的规定个位取“9”作为其读数，十位取靠前的编号作为读数(作进位未完成处理)。对于组合2：个位为单管导通，其读数可能是“9”(进位开始不久)，也可能是“0”(进位临近结束)，前者十位读数取靠前的编号(作进位未完成处理)，后者十位读数取靠后的编号(作进位完成处理)。上述两种组合我们均能通过导通接收管的编号确定它们的窗口读数。对于组合3：既可能发生在进位开始后不久，也可能发生在进位临近结束时，也就是说十位导通的接收管的编号可能为N，也可能为N+1，此时如果按(1)中的规定个位读数取“9”，那么两位总的读数，进位前为(N·10)+9度，进位后为[(N+1)·10]+9度，然而这是不正确的，因为进位前后总的读数差应为一度，现在读数差却为十度，可见这种组合的存在将造成读数错误，必须设法避免。为此我们在满足扇形窗口圆心角α条件的前提下，减小个位扇形窗口的角度，使得在进位过程中，十位总是先于个位进入双管导通区域，而后于个位退出双管导通区域，这样就排除了组合3这种状态。对于更多位字轮，只要我们将个位的扇形窗口开得比各高位的扇形窗口小，就不会出现个位以上的一位或几位为单管导通，而个位为双管导通的任何组合，以下的叙述中这种组合就不加考虑了。

(3)百位字轮进位：

同样根据字车进位的特点，百位字轮进位必然与十位字轮进位同时发生，此时个、十、百位上的接收管可能出现的组合为：1.百位单管导通，十位双管导通，个位单管导通；2.百位双管导通，十位、个位单管导通；3.百位、十位双管导通，个位单管导通；4.个、十、百位均为双管导通。对于组合1，2，3个位的读数可能是“9”，可能是“0”，在那些双管导通的位中，如果个位读数是“0”作进位未完成处理，取靠前的编号作为该位的读数，如果个位读数是“0”作进位完成处理，则取靠后的编号作为该位的读数。对于组合4，根据规定个位读数取“9”，十位和百位只能取导通接收管中编号靠前的作为其读数(作进位未完成处理)。

至于更高位字轮进位时，可以用同样的方法进行分析，这里就不重复叙述了。

二.数据处理电路及工作原理：

图3是本装置的电路原理图，N1单片机采用PIC15C57，光电开关中的VD1-VD40采用直径2毫米的红外发射管，VN1-VN40采用直径2毫米的红外接收管，它们接成4×10的矩阵形式，所有的发光管并联，由电源直接驱动，单片机的PB.6-PB.7，PA.0-PA.7作为输入口，接矩阵的行线，H0-H9用以对接收管的输出信号进行采样，PB.0-PB.3作为输出口接晶体管DV1-DV3的基极，用以驱动红外接收管的集电极电流，N3为IC卡卡座，IC型号为24C01，N1的PA.0接它的时钟端CLK，PA.1接它的数据端SDA、PA.2和PA.3分别接两个发光二极管，用以监视读表过程。

整个电路的工作过程如下：当用户插入IC卡，卡座上的开关自动接通电源，PA.2输出高电平，红色发光管点亮表示读表开始，V0-V3发出矩阵列扫描脉冲，信号由行线H0-H9读入，待单片机将输入数据处理完毕后，由PA.0、PA.1通过IC卡卡座将所得到的读表结果存储到IC卡中，此时PA.3输出高电平，点亮绿色发光管，表示读表完成。

附图说明

图1是带有字轮位置传感装置的字车结构图。

图2是按图1箭头所示方向的投影图。

图3是本实施方案的电路原理图。

图中：1.发射板，2.接收板，3.红外发射管，4.红外接收管，5.扇形透光窗口，6.字轮，7.字车支架，8.隔块。

具体实施方式

图1(a)中，从左到右分别是1000、100、10、1和0.1各位字轮，在各整数位字轮的两侧各安装有一块发射板(1)和接收板(2)，它们之间用隔块(8)加以隔开，起固定和支撑作用。

图1(b)中，十个红外发射管(3)和十个红外接收管(4)均匀分布在以字轮中心为圆心的某一圆周上，字轮(6)的中隔上开有扇形透光窗口(5)，将它们按图中箭头所示方向投影到平面上可得到图2(a)，扇形透光窗口的大小和位置符合本说明书“发明内容”部分中所提出的要求。

图3中除红外发射管VDn和红外接收管VNn外，其余部分安装在另外的电路盒中。

注：所谓接收管编号的先后是指如下顺序排列：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，0...。

Claims (4)

1.一种智能字车，在字车的各整数位字轮两侧各有一块电路板和各字轮中隔上开透光窗口，其特征是：每个整数位字轮一侧电路板装有十个红外发光管，另一侧电路板装有十个红外接收管，字轮中隔上开扇形透光窗口。

2.根据权利要求1所述的智能字车，其特征是各字轮两侧的红外发光管和红外接收管均匀分布在电路板上与字轮同心的某一圆周上，构成十对光电开关。

3.根据权利要求1所述的智能字车，其特征是扇形透光窗口圆心角角度界定条件为：使得不论字轮停留在何位置上，在一侧十个红外发光管发出光线的照射下，另一侧红外接收管至少一个最多两个处于导通状态，其余处于截止状态，当字轮旋转时，在一侧十个红外发光管发出光线的照射下，另一侧红外接收管按照单管导通到双管导通，再到单管导通的顺序，周而复始交替变化。

4.根据权利要求1所述的智能字车，其特征是个位字轮上的扇形窗口的圆心角角度除符合权利要求3的界定条件外还比其它字轮上的扇形窗口小，其附加界定条件为：使得当个位以上的字轮发生进位时，各高位字轮一侧的红外接收管总是先于个位字轮一侧的红外接收管进入双管导通状态，后于个位字轮一侧的红外接收管退出双管导通状态。

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