CN2938251Y - 无线射频机电直读表计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线射频机电直读表计，有机电式传感器，其特征是：在机电式传感器上装有机电读取识别装置，机电读取识别装置与无线射频数据处理芯片相连接，无线射频数据处理芯片接有无线通讯芯片，无线通讯芯片有接收外部抄表机指令的无线通讯端口，无线射频数据处理芯片接有电能供给装置。其有益效果为：整个电器系统是不参与计量工作的。所读取的数据完全是基于表头机械计量的读数，是无法干扰的，若电气部分出现故障，也不会影响使用，表具正常计量。

Description

无线射频机电直读表计

技术领域：

本实用新型涉及一种无线传送计量读数表具。可应用于水表、电表、气表等仪表数据采集无线传输领域内的无线数据传送采集传感器，主要适用于目前流行的各类机械计数式仪表数据的采集、存储和传输。

背景技术：

现有水表、气表、电表多为机械示数，其通过叶轮旋转带动齿轮转动再推动指针或字轮，显示读数。随着人民生活水平提高，居住环境的改善，人们普遍希望‘一户一表’抄表出户，减少扰民。专利98119098.7采用电阻采样需要MCU判断再通过线路传送。专利03112885.8采用电刷与电路确定指针对应计量读数但还需通过MCU处理再通过有线线路传输，专利200420021552使用格雷码盘用光电读取其只能安装在干式表中，而且还需要通过有线线路连接，故前举例专利不能避免因线路问题所引发的故障。专利02211616.8无线远传水表需要在水表内部安装电池，使耗电问题成为供需双方的后顾之忧。专利200520054379.0只是考虑到数显码盘没有考虑到水表的指针的解决方案。水表的解决方案需要良好的密封已及耐候性。所以需要提供一种直读示数、无线传输、低耗能的解决方案

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种可靠性高、维护成本低、使用寿命长、可实现无源无线抄表的无线射频机电直读表计。

本实用新型的技术方案是：一种无线射频机电直读表计，有机电式传感器，其特征是：在机电式传感器上装有机电读取识别装置，机电读取识别装置与无线射频数据处理芯片相连接，无线射频数据处理芯片接有无线通讯芯片，无线通讯芯片有接收外部抄表机指令的无线通讯端口，无线射频数据处理芯片接有电能供给装置。

本实用新型中所述的机电读取识别装置为机电读取识别传感器，机电读取识别传感器包括装于字盘背面或字轮一侧的电刷，和相对应的数据读取板。字盘背面或字轮侧面的电刷对应有印刷电路，印刷电路上根据字盘上的进位制式对应等份，每个等份对应一个该进位制式的示数的数字，电刷对应印刷电路等份位置，相应位置的电极接通或关闭，并将电极通断信号传送给无线射频数据处理芯片。机电读取识别装置的每组传感器码盘输出为四位数据和一位公共端共五根引线。传感器码盘采用格雷码或八四二一码。机电读取识别装置中采用机电开关、光电反射、对射读取码盘进行识别；或采用磁感开关式、凸轮微动开关读取码盘进行识别。电能供给装置为无线射频电能接收装置、一次电池、光电池、二次电池或超级电容之中的一种或组合。无线射频数据交换芯片支持的通讯协议为RFID、Zigbee、蓝牙WI-FI、Wmax、x无线通讯协议中的一种或组合。当用于湿式水表上时，采用硅胶垫片灌注纯净水隔离电器部分与计量部分。

本实用新型的有益效果为：

1、数据准确、运行稳定，因触点和示数同步，始终保持抄记读数与表具示数保持一致。误差不积累，不丢数。若数据采集不到，还可参照机械示数进行读数弥补，不会造成供需双方矛盾。

3、表具结构简单性能可靠稳定维护维修费用低，零部件通用性强。

4、不怕水淹火烤。适用任何环境下的改造工程及新增用户。完全替换原有表具。

5、可以人工无线抄表，网络无线抄表，自动化实时抄表，便于分阶段实施，易于升级。可实现阶梯水价，多段峰谷电价。能够实时结算水电煤气，便于发现问题，防止漏水漏气。

6、水表采用橡胶、纯净水液封的湿式表，保证电器部件良好的绝缘并改造原广泛使用的湿式表。密封胶内部空腔使水表在冬季不易被冻裂。

7、没有外接线缆，无磁性部件使表具不可攻击，不怕强电磁干扰。安全可靠。维护了供需双方利益。

8、较低的推广成本，在普通水表的八大件中除刻度盘指针外其他部件完全相同，可以较低成本实现水表无线抄收系统改造。机械示数电表、机械示数气表和机械计度显示电子电表都可以改造成无线射频表。因为不需要铺设线缆，减少扰民并且节省工程开支。

9、便于表具管理。可以不开箱登记管理表具，可以无线自动登录表具信息数据，管理简单方便。可以简化表具的仓储、效验手续。提高表具管理的信息化水平

10、安装简单，同原有表具安装而且不需要调试。可以实现“零”工程“零维护。”

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

附图说明：

图1是无线射频机读水表的N15、N20、N25水表数据采集传感器的数据采集板的示意图；

图2是本实用新型的接触型燃气表数据采集传感器；

图3是本实用新型的接触型电表数据采集传感器；

图4是本实用新型的接触型计度器式水表数据采集传感器；

图5是本实用新型的接触型指针式水表数据采集传感器。

具体实施方式：

参照附图1-5，机电读取识别传感器由计量计度器与数据采集器组成，计量计度器由字轮或字盘、字轮轴、框架、传动齿轮组成，水表或气表电表的字轮一侧安装有机电读取识别码盘的印刷电路。当水表机芯内的叶轮在水流的的带动下，推动水表机芯内部的齿轮转动，并带动齿轮轴一端的的示数轮转动。示数轮背部电刷的金属触点在机电读取识别印刷电路上面移动、使电刷触点随示数改变在机电读取识别印刷电路的位置，导通闭断相应电路。抄表时经抄表机激活线路板上的无线射频数据处理芯片，无线射频数据处理芯片读取千立方米位、百立方米位、十立方米位、立方米位、或分立方米位处导电的部分通过处理将开关量发送给抄表机或示数轮背部的码盘凸轮将推动微动开关，将示数的位置转变成开关量。通过线路连接到芯片。当抄表时读抄机发射射频信号与无线射频数据处理芯片进行无线通讯，并给无线射频数据处理芯片提供能量。抄表机通过天线给无线射频数据处理芯片发送指令，并通过读抄机分析无线射频数据处理芯片返回的有关信息。无线射频数据处理芯片进行读表时给机读式装置供电，根据机电读取识别传感器与示数轮背部触点位置的开关量进行读表操作，并将机读数据通过无线射频数据处理芯片传输给读抄机。

根据需要在千立方米位、百立方米位、十立方米位、立方米位、围绕轮轴处设立可以导电的印刷电路。由于普通湿式水表机芯是八档示数实际读取前四位或加小数点后一位，电刷与印刷电路的摩擦力对计量的影响已经可以忽略不计。并且使用了硅橡胶、纯净水液封湿式表，保证电器部件良好的绝缘，机芯在水流的的带动下推动水表机芯内部的齿轮转动并带动齿轮轴一端的的示数轮转动，示数轮背部电刷的金属触点围绕机电读取识别编码印刷电路转动将示数的位置转变成开关量，通过线路输入芯片。根据大量的统计数据表明，普通家庭在水表五年轮换的使用周期内使用量为200-800立方米，即立方米位需要转200-800转刚刚接近其磨损系数1000转，故水表使用满五年或超千立方米时要更换水表效验，这也是一般供水企业水表管理所规定的。也可以镀耐磨的钛金属提高印刷电路和电刷的耐磨性。为了能够使示数准确的读取，减少指针式水表计度计进位切换不明确，设置定位簧片使临界切换清晰明确。或采取多段格雷码判断示数。

参照附图2、其为燃气计量表机电读取识别传感器的实际应用实例。燃气计量计数器安装尺寸、位置、外形同原有部件，便于通用改造。机电读取识别传感器由印刷线路板31字轮字轮电刷总成32框架33齿轮34组成。线路板31与字轮电刷总成32安装在框架33上齿轮34是传动机构，与燃气相连。当用户使用燃气时气体推动齿轮34转动字轮电刷总成32随着转动，使电刷触点随示数改变在机电读取识别印刷电路的位置，导通闭断相应电路。抄表时经抄表机激活柔性线路板上的无线射频数据处理芯片，无线射频数据处理芯片读取千立方米位、百立方米位、十立方米位、立方米位、或分立方米位处导电的部分通过处理示数发送给抄表机。图中35为字轮；36为采集板。

参照附图3，其为电能表机电读取识别传感器的应用实例。

数据采集传感器是采取以下方案实现的：数据采集传感器结构由计度器与数据采集器两部分组成，计度器包括字轮41、字轮轴、框架42、传动机构，数据采集器包括机电读取采集板43、数据处理板、簧片。在字轮旁装置有一个数据采集板43、电刷44，字轮、数据读取板45装在字轮轴上，字轮轴装置在框架上。数据读取板45为印刷电路板，分布有电极、电极引出线。数据读取板45上分布有电极，分别与字轮41上的0至9.共十个数据相对应，电刷44在字轮41一侧，当字轮41走到某个位置时，那个位置上数字对应的电极就被导通或关闭，输出开关量信号，经无线射频数据处理芯片将数据处理后通过无线传输给抄表机，从而完成对数据的采集，传输。46为齿轮。

工作原理：

本实用新型采用一种新的方法即“机电位置判断式”工作方式来解决上述问题。所谓位置判断即根据字轮或指针示数位置，并转换为电信号，来判断基表指示的度数，其机电结构决定其与读数的决对一致性，性能十分稳定可靠。在原理上，采用接触式数据采集传感器，它根据字轮或指针示数位置转换为开关量信号，来判断基表指示的度数；在工艺上采用特定的导电图形、图案、形状；在结构上既保持原来计度器的机械性能、外观相貌，又能满足数据采集的电性能要求。数据采集传感器，主要用于水表、电表、气表等仪表数据的采集其特征在于：对字盘指针式仪表，在每个指针字盘下，根据其进位制式分成对应等份，每个等份对应一个该进位制式的示数的数字，指针字盘背部有电刷，指针走到对应位置，相应位置的电极就被接通或关闭，将指针字盘指示的度数通过电极通断信号传送给无线射频数据处理芯片，完成仪表数据的采集和传输；针对字轮式计度器式仪表，传感器按其进制分成对应组电极，分别对应字轮的“0”至“9”共十个数值，并固定在字轮一侧，字轮对应侧设置电刷，当字轮走到某个位置时，字轮侧电刷使相应组电极就输出电信号，送给无线射频数据处理芯片，无线传送给抄表机，完成数据的采集、存储和传输。

印刷码盘的编码有两种，分别是格雷码G码和8421码BCD码B码

阿拉伯数字与格雷码的对照如下：

阿拉伯数字：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

       D道：0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

       C道：0 0 0 0 1 1 1 1 1 0

       B道：0 0 1 1 1 1 1 1 0 0

       A道：0 1 1 0 0 1 1 0 0 0

由于格雷码在任何相邻两位数字变化时，只有一位码发生变化，因此即使在字码盘走半格时也能避免误读。宜应用在指针式计度的水表中

阿拉伯数字与八四二一码BCD码的对照如下：

阿拉伯数字：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

       D道：0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

       C道：0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

       B道：0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

       A道：0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

其相间排布按照八四二一码的规律。该实施例的优点是译码特别方便。宜应用在数字直显水表、电表、气表的十进制机械计度器

将已经成熟的(本实用新型中的处理、传输等具体电路可采用目前已成熟的技术，如参照中国专利文献：200410072862.1及200520039550.0等。)无线射频识别通讯技术结合机电读取识别使表具具有无线传输表具计量读数的功能。结合手持抄表机、ZigBee、Z-Wave无线网络实现抄表自动化。在平时在不进行读表操作时，数字机读式表具是不耗电的。当抄表时读抄机发射射频信号同无线射频数据处理芯片进行无线通讯，并给无线射频数据处理芯片提供能量。抄表机通过天线给无线射频数据处理芯片发送指令，并通过读抄机分析无线射频数据处理芯片返回的有关信息。无线射频数据处理芯片进行读表时给机读式装置供电，由机电读取识别部分完成读表操作，将机读数据通过无线射频数据处理芯片传输给抄表机。整个工作时间极短，随后进入休眠，等待下次抄表。因而能提高使用寿命。同时整个电器系统是不参与计量工作的。所读取的数据完全是基于表头机械计量的读数，是无法干扰的，从根本上杜绝了人工读数以及传输所造成的差错。万一电子部分出现故障，也不会影响用户的使用，表具照常计量，可以人工读取示数。基表采用技术成熟的国家标准计量表具，通过改造将直读码盘、无线射频数据处理芯片、线路板装入表具内部，使表具能够无线传输计量读数。

无线传输的数据与表具表盘上的示数相同。借助于目前三项成熟技术，一是用机电读取识别技术将水表的机械转动位置转换成对应示数的开关量，因为编码技术已非常成熟，所以它的准确无可质疑。二是将这些开关信号转换成数据，并无线传输。这一技术早已成熟，广泛应用在非接触结算交易。已经有相应的国际标准和国家技术白皮书，国内已经可以生产供应本例所需芯片，其极低功耗不需要设置大容量电源，三是采用超级电容器就可以随时从环境中获取能量，以提高射频识别抄表传输距离。结合无线ZigBee、Z-Wave、WMAX网络实现抄表自动化。在芯片内增加通讯协议可以实现自动路由自动组网自动传输。

电能表计数器安装尺寸、位置、外形同原有部件，便于通用改造。机电读取识别传感器由柔性印刷线路板45、字轮41、字轮电刷总成44、框架42、齿轮46组成。线路板45与字轮电刷总成44安装在框架42上，齿轮46是传动机构，与电机相连。当用户用电时电机推动齿轮46转动，字轮电刷总成44随着转动，使电刷触点随示数改变在柔性线路板机电读取识别印刷电路的位置，导通闭断相应电路。抄表时经抄表机激活柔性线路板上的射频通讯芯片，读取各个传感器的导电部分并处理传送给抄表机

参照附图4为数字直显水表机电读取传感器的应用实例。与电能表、气表同理。图中51为线路板；52为电刷；53为框架；54为齿轮；55为字轮；56为采集板。

图5是接触型指针式水表数据采集传感器的应用实例。图中61为垫圈；62为表玻璃；63为铜套；64为硅胶表面；65为抗冻空腔；66为字盘；67为轴套；68为电刷；69为采集板；70为齿轮；71为齿轮盒；72为表壳。

普通机械式、机电式电能表与普通机械式燃气表都采用字轮显示累计耗用。可以在字轮的一侧添加电路电刷。随着电子工业的发展柔性线路板可以方便的实现多位安装，并且字轮进位比较字盘明确清晰可不设立定位簧片。

Claims (9)

1、一种无线射频机电直读表计，有机电式传感器，其特征是：在机电式传感器上装有机电读取识别装置，机电读取识别装置与无线射频数据处理芯片相连接，无线射频数据处理芯片接有无线通讯芯片，无线通讯芯片有接收外部抄表机指令的无线通讯端口，无线射频数据处理芯片接有电能供给装置。

2、根据权利要求1所述的无线射频机电直读表计，其特征是：机电读取识别装置为机电读取识别传感器，机电读取识别传感器包括装于字盘背面或字轮一侧的电刷，和相对应的数据读取板。

3、根据权利要求2所述的无线射频机电直读表计，其特征是：字盘背面或字轮侧面的电刷对应有印刷电路，印刷电路上根据字盘上的进位制式对应等份，每个等份对应一个该进位制式的示数的数字，电刷对应印刷电路等份位置，相应位置的电极接通或关闭，并将电极通断信号传送给无线射频数据处理芯片。

4、根据权利要求2所述的无线射频机电直读表计，其特征是：机电读取识别装置的每组传感器码盘输出为四位数据和一位公共端共五根引线。

5、根据权利要求4所述的无线射频机电直读表计，其特征是：传感器码盘采用格雷码或八四二一码。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的无线射频机电直读表计，其特征是：机电读取识别装置中采用机电开关、光电反射、对射读取码盘进行识别；或采用磁感开关式、凸轮微动开关读取码盘进行识别。

7、根据权利要求1、2、3或4所述的无线射频机电直读表计，其特征是：电能供给装置为无线射频电能接收装置、一次电池、光电池、二次电池或超级电容之中的一种或组合。

8、根据权利要求1、2、3或4所述的无线射频机电直读表计，其特征是：无线射频数据交换芯片支持的通讯协议为RFID、Zigbee、蓝牙WI-FI、Wmax、x无线通讯协议中的一种或组合。

9、根据权利要求1、2、3或4所述的无线射频机电直读表计，其特征是：当用于湿式水表上时，采用硅胶垫片灌注纯净水隔离电器部分与计量部分。

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