CN2919201Y - 直读式水表用光电同轴编码计数器 - Google Patents

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曾勇
林兵
魏庆华
朱先禄
唐恩伟
江朝元
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Abstract

本实用新型提出一种直读式水表用光电同轴编码计数器，由外壳、4个同轴编码字轮、四八牙轮、电路板和光电传感器构成，每一字轮的两侧均设置安装光电传感器的同轴圆盘，圆盘上端与电路板连为一体.其中每个字轮的端面被30组编码等分为30个等角度扇面，字轮柱面上印刷有0～9个数字，每个数字占3个等角度扇面，每组编码由5位二进制数构成。每一字轮上分布有3段圆弧孔，在一个同心圆上，圆弧角度分别为24°、96°和60°。在字轮两侧的圆盘上安装有5个光电传感器，5个光电传感器在一个同心圆均匀分布，该同心圆与字轮上的3段圆弧孔所处的同心圆半径相同。本计数器无需备用电源、读数容易、识别准确、加工简单。

Description

直读式水表用光电同轴编码计数器
技术领域：
本实用新型涉及一种水表，具体涉及将表内机械计数器上的字轮读数转化为电子读数的计数器。
背景技术：
目前将机械字轮读数转换为电子读数主要有以下传感方法：
1、采用电感、干簧管、霍尔等传感器
这几种方式主要采用累计计数的方式来计量机械计数；主要优点有：机械结构简单、加工实现容易，成本低廉；但存在致命的缺点：累计计量方式会产生累计误差，且累计误差不容易发现，此类传感器工作需要时时供电，传感器的准确工作环境难以保证；
2、摄像直读传感器
该方案成本高，数据传输量大，图像传感器器件复杂，在批量生产上难以保证其品质的一致性，同时由于成本高，因此用户接受困难，在户表工程的推广中难度非常大；
3、红外线直读方案
目前采用字轮打孔定位或设置条码的方法实现数字转换功能，也有在计量表字轮的圆周边上按一定规律分布吸光与反光材料、用光电感应方法识别字轮显示窗口所对应的数字的技术。这些技术实现的方法是将字轮圆周面按宽度方向分成两部分：一部分用于刻写数字、一部分用于打孔或设置条码或设置反光吸光材料。由于计量表内空间位置的限制，一方面字轮上数字的字号小，给人工读数造成困难，另一方面字轮位置识别码的设置也局限在小范围内，感应器件必须精确定位方可达到效果，批量加工较为困难。虽然也有在字轮圆周面上直接刻写条码或打孔供感应器件识别，但无法在字轮上另外标记数字或标记的数字过小，不易被人们识读。
发明内容：
本实用新型的目的在于设计一种无需备用电源、读数容易、识别准确、加工简单的直读式水表用光电同轴编码计数器。
本实用新型的目的由以下方案来实现：
一种直读式水表用光电同轴编码计数器，它由外壳、4个同轴编码字轮、四八牙轮、电路板和光电传感器构成，每一字轮的两侧均设置安装光电传感器的同轴圆盘，圆盘上端与电路板连为一体，最右边字轮与壳外的传动齿轮联接，最右位字轮每转一周，经进位齿轮驱动相邻字轮转动一个角度，依次逐级向高位字轮传递，实现水表累计计量的功能。其中每个字轮的端面被30组编码等分为30个等角度扇面，字轮柱面上印刷有0～9个数字，每个数字占3个等角度扇面，每组编码由5位二进制数构成。每一字轮上分布有3段圆弧孔，在一个同心圆上，圆弧角度分别为24°、96°和60°。在字轮两侧的圆盘上安装有5个光电传感器，5个光电传感器在一个同心圆均匀分布，该同心圆与字轮上的3段圆弧孔所处的同心圆半径相同。光电传感器由红外线发射和红外接收传感器构成，分别相对设置在字轮两侧的圆盘上。
所述二进制编码采用格雷码，格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式。
可见，本实用新型的关键是在设计一种用于计量表内计数器上的字轮，该字轮的柱面(即环形圆周面)上依次分布有供人工读数用的0～9十个数字，字轮圆周面分设一定角度的同心圆弧孔，再通过透射型的红外线传感器对字轮位置进行5位格雷编码，进行准确的字窗数据转换。这种方案仅需在读数时对传感器进行加电，通过引线可以将转为电子读数的机械读数准确读出。采用了上述结构的直读字轮，由于每个扇面都设有与之对应的编码，而编码又可通过编码读取探头及读取电路读出并传送到数据采集器，可随时得到计数器字轮数值；读取电路只需在读取时提供电源，而字轮计数无需电源，因此不必长期接通电源；该读数探头不会受外界磁场影响而计量失误，克服了现有计数器的缺陷。
本实用新型与现有技术相比：
1、字轮在一个同心圆实现了5个传感器的30组编码，不同于传统的5个同心圆上实现5个传感器的30组编码，结构简单、易于加工，有利于批量生产。
2、本专利方案字轮的扇面划分仅一个同心圆扇面，划分的扇面数仅6个，简单、可靠；传感器安装位置间隔角度为72°，安装方便。
3、字轮采用标准字轮，字轮外观未做任何改动(如附图1中的1所示)；本字轮可用于任何标准水表上，适应范围宽。
4、解决了机械式字轮计数器的一个缺陷，即进位临界读数问题，这个问题的求解完全克服了机械计数向电子计数转化可能出现错误的难题。
附图说明：
图1是本实用新型实施的结构示意图；
图2是字轮编码示意图；
图3是传感器安装示意图；
图4是电路原理图
具体实施方式：
下面将结合附图对本实用新型作进一步的解释：
本实用新型解决了将机械读数转化为电子读数的问题，更为重要的是本实用新型还解决了机械式字轮计数器的一个缺陷，即进位临界读数问题，所谓进位临界读数问题就是由于机械式字轮计数器进位不是瞬间进位，而是在将要进位时，低位字轮驱动进位齿轮带动高位字轮一起转，而齿轮之间的配合又不可避免地存在着一定的间隙，这样很容易出现字轮之间的数码略有错位而出现误读的情况，如将“09”误认为“19  “或者“00”，为了解决上述问题，图1给出了本计数器涉及改进部分的结构(未改进的部分如四八牙轮、外壳等未在图中给出)，它有4个同轴编码字轮，每一字轮的两侧均设置安装光电传感器的同轴圆盘，圆盘上端与电路板连为一体，字轮柱面上印刷有0～9个数字。
结合图2可见，在本计数器将字轮的端面等均分成30个等角度扇面，使每个数字对应3个等角度扇面，我们将这3个扇面分别称为“上格’、“中格’、“下格”，这样，我们设计一种数字识别算法，数据识别算法根据个位字轮的位置和字轮实际进位的情况准确推断出机械读数，做到机械读数准确转化为电子读数。同时，在字轮的一个同心圆上上设计了3个圆弧孔，作为绝对编码器。圆弧孔2的圆弧角度为24°，圆弧孔3的圆弧角度为96°，圆弧孔4的圆弧角度为60°。
图3所示，计数器的光电传感器安装在字轮两侧的圆盘上，每一圆盘上安装5个，5个传感器均匀地分布在一个同心圆上，传感器的间隔角度为72°，该同心圆与字轮上圆弧孔所处的同心圆半径相同。
图4是本计数器的电路原理图，由图可以看出数字读取电路由单片机LPC915、红外发射管T11-T45及红外接收管R11-R45构成的电阻网络等构成，外部通讯采用标准串行口将红外线传感器产生的编码输出，上位机根据输出编码即可判别水表的机械读数。

Claims (2)

1、一种直读式水表用光电同轴编码计数器，它由外壳、4个同轴编码字轮、四八牙轮、电路板和光电传感器构成，每一字轮的两侧均设置有安装光电传感器的同轴圆盘，圆盘上端与电路板连为一体，最右边字轮与壳外的传动齿轮联接；其特征在于：每个字轮的端面被30组编码等分为30个等角度扇面，字轮柱面上印刷有0～9个数字，每个数字占3个等角度扇面，每组编码由5位二进制数构成；每一字轮上分布有3段圆弧孔，在一个同心圆上，圆弧角度分别为24°、96°和60°；在字轮两侧的圆盘上安装有5个光电传感器，5个光电传感器在一个同心圆均匀分布，该同心圆与字轮上的3段圆弧孔所处的同心圆半径相同；光电传感器由红外线发射和红外接收传感器构成，分别相对设置在字轮两侧的圆盘上。
2、根据权利要求1所述的直读式水表用光电同轴编码计数器，其特征在于：二进制编码采用格雷码。
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