远传表计二维编码数字轮及其集成传感器读码装置

摘要

本发明涉及一种远传表计二维编码数字轮及其集成传感器读码装置，从根本上解决现有携带“角度一维编码”信息的远传表计数字轮的读码装置使用检测器件较多、编码复杂、读码干扰因素较多的难题，它包括设置在编码数字轮黑色衬底的外圆周面上的编码条，其技术要点是：编码条为设置了浅色的十段等差阶梯宽度编码或十段奇偶阶梯宽度编码的宽度阶梯编码条，编码数字轮的外圆周面上对应宽度阶梯编码条均匀排列红色数字0～9，其读码装置读码器的读码译码电路板上封装与字轮轴平行的集成宽度传感器，集成宽度传感器的工作面上对应宽度阶梯编码条设置多个传感器段。其体积小、价格低、功耗少、工作可靠性高，可应用于各种水表、电表、煤气表等远传表计。

说明书

技术领域

本发明涉及一种专用于远传计量水表、电表、煤气表等的远传表计数字轮及其集成传感器读码装置，特别是一种在与一维角度对应位置设置的携带宽度量值第二维编码信息的远传表计“角度加宽度”二维编码数字轮，及采用该远传表计二维编码数字轮进行读码的集成传感器读码装置。

背景技术

目前，水表、电表、煤气表等表计的传统的机械结构随着电子数字化技术的迅速发展，其十进制机械转轮式计数器正在逐渐被机电一体化的应用于远传表计的编码字轮光电直读装置所替代。据相关专利文献介绍，如公告号为CN2641731Y的“用于计量表内计数器上的字轮”、公告号为CN1236281C的“机械字轮电子数字化方法及其无源自动抄表系统”、公告号为CN2747541Y的“表计机械计数器字轮彩色条形编码及数字电信号输出装置”、公开号为CN1835002A的“一种机械字轮计数器非接触读数传感器及设计方法”等文献中，都公开了相应的编码字轮及其直读装置。这些编码字轮的光电直读装置可分为脉冲和光电直读二类。其中脉冲类表计因需要持续供电，断电后需重新设置初始值，故应用的较少。而光电直读类表计由于平时不供电，只在抄表瞬间供电，并且是直接读取字轮数字，不需设置初始值，所以得到推广应用。

国内、外现有的表计光电直读装置按其编码和光路结构形式主要分为以下类型：即轴向透射型、径向反射型、径向光纤反射型和径向透射型。以上类型虽然结构各异，但它们的编码方式都属于“角度一维编码”，即：在编码字轮圆周数字0起点的不同角度的字码位置上，仅加工有对于光电传感器具有“亮”和“暗”差别的编码点，当检测光照射到编码字轮的字码时，接收器只能读取并输出“1”或“0”的二进制数字信号。如果在编码字轮圆周的四个以上检测点可以同时读取二进制数字信号，那么就能通过译码算法，计算出编码字轮当前转动的角度，换算出编码字轮上对应的数字。这类“角度一维编码”有一定的优点：即采用1或0的数字信号模式，信噪比高；但存在的缺点是：1、需要在编码字轮圆周需设置至少四个以上检测点，故使用检测器件较多、造价较高；2、在编码字轮圆周的多个检测点分布的总角度大于72度，故光电直读装置的体积大，加工难度也大；3、由于读码点多，不仅导致光电直读装置的编码算法复杂，而且无法解决对于电源电路产生的电压波动、干扰噪声以及在使用过程中的传感元件老化和对“亮”、“暗”编码点表面的污染等不良环境条件对读、译码结果的影响，所计算出的有干扰的数值准确度就很难达到理想的要求。因此，现有编码字轮及编码方法有待进一步改进和完善。

为了解决“角度一维编码”数字轮带来的上述问题，本发明人曾设计出一种专利申请号为200810228004.X的“远传表计二维编码字轮光电直读装置”。其中，编码字轮的结构采用了一种“角度加亮度”的二维编码字轮，即在字轮的圆柱面的左侧设置带有零级至九级离散数字量值或连续模拟量值的编码条，并利用其独特的具有自动调整校准功能的直读装置完成其读码功能。其结构紧凑，体积较小，造价较低，读数准确，利用“角度加亮度”的二维编码字轮，较好地解决了现有“角度一维编码”数字轮存在的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种在与一维角度对应位置设置的携带宽度量值第二维编码信息的远传表计二维编码数字轮及其集成传感器读码装置，从根本上解决现有携带“角度一维编码”信息的远传表计数字轮的读码装置使用检测器件较多、体积大、编码复杂、读码干扰因素较多的难题，与现有使用分立光电器件制作的读码装置相比，它具有体积小、价格低、功耗少、工作可靠性高的优点。

本发明所采用的技术方案是：该远传表计二维编码数字轮包括设置在编码数字轮黑色衬底的外圆周面上的编码条，其技术要点是：所述编码条为宽度阶梯编码条，所述宽度阶梯编码条设置为浅色的十段等差阶梯宽度编码或十段奇偶阶梯宽度编码，所述编码数字轮的外圆周面上对应所述宽度阶梯编码条均匀排列红色数字0～9。

所述远传表计二维编码数字轮的集成传感器读码装置包括表计支架和固定其上的字轮轴、组装在字轮轴上的多位编码数字轮及读码器，其技术要点是：所述读码器的读码译码电路板上封装与所述字轮轴平行的集成宽度传感器，所述集成宽度传感器的工作面上对应多位所述编码数字轮的所述宽度阶梯编码条设置多个传感器段，每个所述传感器段设置一行多列发光单元，并对应所述发光单元设置一行多列接收单元，所述发光单元之间、发光单元与所述接收单元之间、接收单元之间均设置光电隔离层。

所述集成宽度传感器连接着所述读码译码电路板上设置的串行开关。

本发明的优点及其产生的积极效果是：由于本发明采用的远传表计二维编码数字轮是在与一维角度对应位置设置有携带宽度量值第二维编码信息，即在该编码数字轮的黑色衬底的外圆周面上设置浅色宽度阶梯编码条，并对应宽度阶梯编码条均匀排列红色数字0～9，形成了具有独特结构的“角度加宽度”的二维编码方式，所以它是和现有的“角度一维编码”完全不同的，它能在对应数字轮某角度一维位置，直接表达“宽度量值”的第二维信息。这是和本发明的半导体集成宽度传感器配套使用的专用先进编码方式。集成宽度传感器的工作面上对应多位编码数字轮的宽度阶梯编码条设置多个传感器段，接收“宽度量值”的第二维信息，通过读码译码电路板的串行开关与读码译码电路连接，读取“宽度量值”的第二维信息，最后译成宽度编码对应的十进制数字。采用半导体集成技术加工制作的专用半导体集成光电器件，是和二维宽度编码配套使用的专用传感器。这种半导体集成传感器和现有使用分立光电器件制作的读码传感器器相比，它有体积小、价格低、功耗少、工作可靠性高的优点。它从根本上解决现有远传表计分立器件读码装置使用检测器件较多、体积大、编码复杂、读码干扰因素较多的难题，半导体集成传感器必将像电视机、计算机等电器中的集成电路一样，彻底取代现有的分立器件读码器。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的带有等差阶梯宽度编码的编码数字轮的柱面展开图。

图2是本发明的带有奇偶阶梯宽度编码的编码数字轮的柱面展开图。

图3是本发明的读码装置的一种具体结构示意图。

图4是图3沿A-A线的剖视图。

图5是本发明的集成宽度传感器的具体结构示意图。

图6是本发明的电路原理图。

图中序号说明：1编码数字轮、2宽度阶梯编码条、3红色数字、4字轮轴、5集成宽度传感器、6读码译码电路板、7传感器段、8工作面、9发光单元、10接收单元、11光电隔离层、12串行开关、13CPU、14脉冲计数器、15存储器、16稳压器、17数据接口、18等差阶梯宽度编码、19奇偶阶梯宽度编码。

具体实施方式

根据图1～6详细说明本发明的具体结构。本发明的远传表计二维编码数字轮采用了在与一维角度对应位置设置有携带宽度量值第二维编码信息的全新结构，该远传表计二维编码数字轮所用的集成传感器读码装置，由表计支架(图中未示出)和固定其上的字轮轴4、组装在字轮轴4上的多位编码数字轮1、固定在表计支架上的由集成宽度传感器5构成的读码器及读码译码电路等组成。该远传表计的计数器即由多位同轴的编码数字轮1组成。

其中：该远传表计二维编码数字轮包括设置在编码数字轮1黑色衬底的外圆周面上的编码条，编码条为浅色的宽度阶梯编码条2，宽度阶梯编码条2设置为浅色的十段等差阶梯宽度编码18或十段奇偶阶梯宽度编码19。即在编码数字轮1圆柱面的左侧，加工出一条浅色的十个阶梯矩形编码条。每个编码条的高度为字轮周长的1/10，十级阶梯的各编码条宽度＝级数×3×传感器分辨精度，例如9×3×25.4毫米/600＝1.143毫米。编码数字轮1的外圆周面上对应宽度阶梯编码条2均匀排列0～9十个红色数字3，如图5、图6所示，等差阶梯宽度编码18的级数，按0-9顺序排列，奇偶阶梯宽度编码19的级数，按0、2、4、6、8、9、7、5、3、1奇偶排列。由于黑色衬底和红色数字3的颜色有很大差别，所以便于目测读表；同时它们对发光二极管绿、兰单色光的反射率都很低，和浅色的宽度阶梯编码条2有很大的反射亮度差别，适合光电分辨要求。另外，红色数字3中0的起始位置，应由读码器位置角度决定。例如采用180度读码点，数字起点0应位于最明、最暗编码条交界线的180度处。编码数字轮1的其它传动和进位等机械结构和通用字轮相同。

读码器的读码译码电路板6上封装与字轮轴4平行的集成宽度传感器5，封装方向与电路板面平行，可长期防水、绝缘防漏电。其光学轴线指向字轮轴线。集成宽度传感器5采用和通用CIS或LIDE器件相似的光电集成器件工艺，但其具有以下特殊要求：如图5所示，集成宽度传感器5的工作面8上对应多位编码数字轮1的宽度阶梯编码条2设置多个传感器段7。工作面8与编码数字轮1之间的距离极小，大约<0.2毫米，为非接触配合。各“传感器段宽”＝字轮位置误差+编码条最大宽度+字轮精度误差，例如：0.2+1.3+0.2＝1.7毫米。传感器段7之间的各“间隔段宽”＝字轮宽度+字轮安装间隙-“传感器段宽”。例如：5.2+0.1-1.7＝3.6毫米，或7.5+0.1-1.7＝5.9毫米。集成宽度传感器5的总宽度等于多位编码数字轮组的总宽度。每个传感器段7设置一行多列发光单元9并行同时发光.，并对应发光单元9设置一行多列接收单元10，每个接收单元10的宽度由传感器分辨精度决定，应达到相当于扫描仪600DPI的分辨率。发光单元9之间、发光单元9与接收单元10之间、接收单元10之间均设置光电隔离层11，即在发光行和接收行之间设有光学隔离层，能防止发光单元的光直接照射到接收单元的表面。每列之间设有电气隔离层，能绝缘并防止串扰。此处，集成宽度传感器5采用低价位工控芯片的总线形式，在直流5伏条件下工作，为反射工作方式，用于检测亮度的差别，发光单元9和接收单元10的主光轴同方向且平行，集成宽度传感器5不需要图像传感器CIS的RGB分色发光或图像传感器LIDE的分色接收，所以可选用光电效率最高的绿(兰)单色光，且其输出信噪比不低于上述的通用CIS或LIDE器件。

如图6所示，读码译码电路由串行开关12、CPU13、脉冲计数器14、存储器15、稳压器16、数据接口17组成，集成宽度传感器5连接着读码译码电路板6上设置的串行开关12，可串行依次输出各段各接收单元10的信号，该远传表计二维编码数字轮集成传感器读码装置的读码译码工作过程如下：

1、集成宽度传感器5读取各编码数字轮1上编码条对应的高亮度区域宽度，输出对应数量的脉冲。

1.1、当抄表器通过数据接口17向读码译码器发出抄表指令时，某编码数字轮1处于某位置。例如其人工读表窗口显示为数字8，集成宽度传感器5面对该编码数字轮1的宽度阶梯编码条2为“8宽度”。

1.2、CPU13通过串行开关12，依次读取该编码数字轮1对应的传感器段7各接收单元10的输出，其中接收到干扰光照，如外界日光、灯光等照射在表计上等，并有脉冲输出的单元，被记录为“干扰光脉冲单元”存入存储器15。

1.3、CPU13向集成宽度传感器5的发光单元9供电，发光单元9发光，照亮对面的编码数字轮组。此时，字轮组的表面亮度产生了“背景”暗和编码条对应的“8宽度”亮区域。

1.4、暗、亮区域光反射至接收单元10，则输出对应的高、低电平。

1.5、串行开关12依次读取该传感器段7内各接收单元的高、低电平个数，并送至脉冲计数器14，得到一组“8宽度亮脉冲个数”。

1.6、CPU13从“8宽度亮脉冲”中，减去和“干扰光脉冲单元”对应的数量，得到一组“8宽度脉冲数量”。

1.7、CPU13依次读取集成宽度传感器5各传感器段7的脉冲，得到一组“多位字轮的宽度脉冲数量”。

2、译码器把脉冲数量转换为二进制数字。

2.1、CPU13把“8宽度脉冲数量”和存储器15中预存的十组数据对比，得到一个对应的二进制数字8。

2.2、CPU13给该二进制数字8添加校验码。

2.3、CPU13多次重复2-1、2-2操作，得到一组多位二进制数字。

3、抄表器把二进制数字转换为十进制数字。

3.1、CPU13把一组多位二进制数字通过数据接口17传送给抄表器。

3.2、抄表器软件把该组多位二进制数字转换成多位十进制数字，例如87654，显示在屏幕上。

3.3、CPU13还向抄表器传送该表计地址码等其它信息。

另外，本发明的编码数字轮1，也可以使用现有的通用CIS或LIDE器件组成读码装置，读取和译出本发明的编码数字轮的二维编码的数字信息。两种读码装置的结构基本相同，也可达到同样的预期的读码效果，但是其成本较高，远不及本发明的远传表计二维编码数字轮的集成传感器读码装置。