机械指针式计数器光电数据采集装置及其数据处理方法

摘要

本发明提供一种机械指针式计数器光电数据采集装置，其包括指针、指针轴键、指针输出轴、刻度盘、刻度圆、刻度线、定位螺钉、定位孔、定位螺孔、计数器齿轮盒、指针位置光电传感装置、串行通讯器和单片机系统，指针位置光电传感装置包括光发射板、光接收板以及位于其间的光阑板和扇形遮光片，指针位置光电传感装置将探测到的指针的位置数据传给单片机系统，经单片机程序处理获得计数器的读数数据，通过串行通讯器对外发送读数数据。本发明还提供一种机械指针式计数器光电数据采集装置的数据处理方法。本发明制作工艺要求低，读数无盲区，适用使用这种计数器作为显示、保存和对外发送数据的仪表如水表和燃气表上。

说明书

技术领域

本发明涉及传感器及单片机技术应用领域，特别涉及一种机械指针式计数器光电数据采集装置及其数据处理方法。

背景技术

机械指针式计数器是一种传统的计数装置，广泛应用在各种水表和燃气表中，其性能稳定、工作可靠，然而由于其不具备自动输出数据的能力，使得使用这种计数器作为显示、保存数据的行业，抄表只能采用人工方式，这种抄表方式费时、费工、成本高。

发明内容

本发明为了适应抄表自动化的需要，并继续保持机械指针式计数器的一些基本优点，在传统的机械指针式计数器的计数器齿轮盒与刻度盘之间安装一种光电传感装置，通过这个装置将指针位置转换成二进制码送入单片机处理，并把处理后得到的指针读数通过串行通讯器，用远程传输方式发送到专用的数据采集系统，从而实现对使用这种计数器作为显示、保存和记录数据的行业的自动抄表。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明提供一种机械指针式计数器光电数据采集装置，其包括指针(1)、指针输出轴(10)、指针轴键(14)、刻度盘(2)、刻度圆(16)、刻度线(17)、定位孔(19)、定位螺孔(18)、定位螺钉(9)、计数器齿轮盒(11)、指针位置光电传感装置、串行通讯器和单片机系统，所述指针位置光电传感装置包括光发射板(6)、光接收板(3)以及位于其间的光阑板(4)和扇形遮光片(5)，所述指针位置光电传感装置位于所述刻度盘(2)和所述计数器齿轮盒(11)之间，并通过所述定位螺钉(9)与所述计数器齿轮盒(11)连接在一起，所述光发射板(6)上具有多个光发射管(8)，所述光接收板(3)上具有多个光接收管(7)，所述扇形遮光片(5)、所述指针(1)和所述指针输出轴(10)联动，所述指针位置光电传感装置将探测到的指针位置数据传给所述单片机系统，通过所述串行通讯器对外发送数据。

优选地，在所述刻度盘(2)的整数位刻度圆(17)与每条刻度线(16)交点处的垂直下方均安装有由一个所述光发射管(8)和一个所述光接收管(7)组成的透射式光电开关单元，这些透射式光电开关单元以10个为一组均匀分布在以整数位指针输出轴(10)的轴心为圆心的圆周上，共同组成多组由10个透射式光电开关单元组成的透射式光电开关环形矩阵。

优选地，所述扇形遮光片(5)与所述指针(1)同轴，通过所述指针轴键(14)和所述扇形遮光片键槽(15)连接，使所述扇形遮光片(5)与所述指针(1)形成联动关系，所述扇形遮光片(5)与所述指针输出轴(10)同轴，通过所述遮光片轴孔(20)套在所述指针输出轴(10)上，使所述扇形遮光片(5)与所述指针输出轴(10)形成半紧配合关系。

优选地，所述光阑板(4)上开有多个透光孔(13)，所述透光孔(13)均位于所述刻度盘上刻度圆(16)与刻度线(17)交点处的垂直下方位置上。

优选地，所述扇形遮光片(5)位于所述光发射板(6)和所述光阑板(4)之间，奇数位扇形遮光片(5)与偶数位扇形遮光片(5)分别置于两个不同平面上。

优选地，采用多根所述定位螺钉(9)，穿过所述刻度盘(2)、所述光接收板(3)、所述光阑板(4)和所述光发射板(6)上的所述定位孔(19)，固定在所述计数器齿轮盒(11)上的所述定位螺孔(18)上。

优选地，所述扇形遮光片(5)的圆心角角度在43.2°＋光接收管临界截止圆的宽度至64.8°＋光接收管临界截止圆的宽度之间。

优选地，所述机械指针式计数器光电数据采集装置可以应用在水表、燃气表等多种具有机械式指针式计数器的仪表上。

另外，本发明还提供一种机械指针式计数器光电数据采集装置的数据处理方法，一个安装有机械指针式计数器光电数据采集装置的具有P档整数位的机械指针式计数器，以变量k表示整数位档位数中的任意位，以变量n表示所述刻度线与所述透射式光电开关环形矩阵中10个光接收管的统一编号中的任意编号，其中：k＝0、1、2 ···P-1，k=0为最低位，k=P-1为最高位、n＝0、1、2···9、编号的前后顺序为0、1、2···9、0，通过所述指针位置光电传感装置对各整数位的所述扇形遮光片所遮挡的所述透射式光电开关环形矩阵中的光接收管进行数据采样，可得到P个与各整数位指针位置相对应的代码，这些代码分两类，一类为单管截止类代码，以处于截止状态的光接收管的编号变量n为代码值，单管截止类代码记作n；另一类为双管截止类代码，以处于截止状态的相邻两个光接收管编号变量n,n+1中靠前的编号变量n为代码值，双管截止类代码记作m＝n+常数10，定义两个数组N〔P-1〕、数组S〔P-1〕分别存放各整数位的代码值和读数值，数组元素的下标为整数位档位数变量k，设在进行数据处理开始前，各整数位的代码值已完成对数组N〔P-1〕的赋值，其特征在于，数据处理按照从低位到高位次序进行，首先程序将最低整数位代码值转换成读数值，转换过程中，如果N〔0〕＜10,则将N〔0〕赋值给S〔0〕，否则将N〔0〕-10赋值给S〔0〕，接着进入将其余各整数位的代码值转换成读数值的主循环程序，循环变量从k＝1开始到k＞P-1结束，循环过程中，如果N〔k〕＜10,参考 S〔k-1〕的值确定S〔k〕的值，若S〔k-1〕＞5，则将N〔k〕-1赋值给S〔k〕，否则将N〔k〕赋值给S〔k〕；如果N〔k〕≥10，则将N 〔k〕-10赋值给S〔k〕，最终机械指针式计数器整数位的读数为：S〔P-1〕·10^P-1＋S〔P-2〕·10^p-2＋···＋S〔k〕·10^k＋··· S〔1〕·10¹＋S〔0〕·10⁰，规定：n＝9时，n+1＝0;N〔k〕＝0时，N〔k〕－1＝9。

优选地，所述机械指针式计数器光电数据采集装置的数据处理方法可以应用在水表、燃气表等多种具有机械式指针式计数器的仪表上。

本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置具有模拟人的眼睛读表的功能，本发明与现有技术相比具有以下优点：数据即读即发，能够保证数据与指针指示值之间的一致性；不需要内置守候电源，不会因装置失电而造成计数停止；电路发生故障时能够进行人工读表。本发明制作工艺要求低，使用过程中读数准确，无盲区，可节省人力物力，适用使用这种计数器作为显示、保存和对外发送数据的仪表如水表和燃气表上。

附图说明

图1是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的整体结构分解示意图；

图2是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的部分剖面结构示意图；

图3是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光发射板的结构示意图；

图4是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光接收板的结构示意图；

图5是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光阑板的结构示意图；

图6是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的机械指针与扇形遮光片连接结构示意图；

图7是本发明具体实施例的指针位置光电传感装置中刻度盘、光接收板、光阑板、光发射板和齿轮盒之间装配关系结构示意图；

图8是本发明具体实施例的指针位置光电传感装置中光发射管、光接收管和光阑板上透光孔与刻度盘上刻度线、刻度圆之间位置关系示意图；

图9是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光电传感装置代码生成过程以及扇形遮光片圆心角角度选择综合示意图；

图10是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的扇形遮光片旋转角度与代码关系计算用示意图；

图11是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中对一个具有两档位的机械指针式计数器进行数据采集处理的举例示意图；

图12是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的数据处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

下面仅以家用水表为例结合附图对本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置的结构、实现方法及工作原理进行详细说明。

图1是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的整体结构示意图，本发明实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置，其包括指针位置光电传感装置、单片机系统和串行通讯器。指针位置光电传感装置包括光发射板6、光接收板3以及位于其间的光阑板4和扇形遮光片5。光发射板6上具有多个光发射管8，光接收板3上具有多个光接收管7。光阑板4上开有多个透光孔13，光发射板6上的光发射管8发出的光线能够穿过透光孔13被光接收板3上的光接收管7所接收，使光接收管7处于导通状态。扇形遮光片5能够阻止来自光发射板6上的光发射管8射向光接收板3上的光接收管7的光线，使光接收管7处于截止状态。作为被测物的扇形遮光片5与指针1联动，二者与指针输出轴10同轴，使机械指针式计数器目视读数值与光电数据采集装置采集到的电子读数值一致。刻度盘2上的刻度线16、光接收板3上的光接收管7、光阑板4上的透光孔13和光发射板6上的光发射管8之间在垂直方向上具有一一对应关系，由定位螺钉9通过四块功能板上的定位孔19，固定在计数器齿轮盒11上的定位螺孔18上。单片机系统主要由光发射管驱动电路、接收信号比较电路、输入数据控制电路和电源等组成。串行通讯器根据通讯距离可采用不同专用芯片组成的电路，一般在通讯距离小于3000m情况下，采用支持RS485通讯协议的芯片如max485及其外围电路组成。指针位置光电传感装置将探测到的指针的位置数据传给单片机系统，经系统处理后得到机械指针式计数器的读数值，通过串行通讯器将读数值对外发送出去。串行数据传输器和单片机系统安装在光接收3和光发射板6上，在附图中未予体现。

图2是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的部分剖面结构示意图，本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置中，光接收板3和光发射板6位于刻度盘2与计数器齿轮盒之间，为了尽量减少自然光对光接收管的干扰，光接收板3在上光发射板6在下，光阑板4和扇形遮光片5位于光发射板6、光接收板3之间，光阑板4位于扇形遮光片5的上方，为了避免相邻位遮光片在旋转过程中发生碰撞，奇数位扇形遮光片5与偶数位遮光片5分别置于两个不同平面上。

图3和图4是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光发射板和接收板的结构示意图，图8是本发明具体实施例的指针位置光电传感装置中光发射管、光接收管和光阑板与刻度盘上刻度线之间位置关系结构示意图，本发明实施例中，在刻度盘2的整数位刻度圆17与每条刻度线16交点处的垂直下方均安装有由一个光发射管8和一个光接收管7组成的透射式光电开关单元，这些透射式光电开关单元以10个为一组均匀分布在以整数位指针输出轴10的轴心为圆心的圆周上，共同组成多组由10个透射式光电开关单元组成的透射式光电开关环形矩阵，对于家用水表而言，其刻度盘2上具有四个整数位指针，因此相应地，本发明实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光发射板3上和光接收板6上也具有四组透射式光电开关环形矩阵。

图5是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的光阑板的结构示意图，图8是本发明具体实施例的指针位置光电传感装置中光发射管、光接收管和光阑板与刻度盘上刻度线之间位置关系结构示意图，光阑板4上开有多个透光孔13，透光孔13均位于刻度盘上刻度圆16与刻度线17交点处的垂直下方位置上，起确定光接收管7临界截止圆位置和宽度的作用。

图6是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的机械指针与扇形遮光片连接结构示意图，指针1的转轴上有一个轴键14，扇形遮光片5与指针1同轴，通过指针轴键14和扇形遮光片转轴上键槽15连接实现联动关系，组装后指针1的轴嵌套在扇形遮光片5的遮光片轴孔内，二者之间形成硬连接，扇形遮光片5与指针输出轴10同轴，通过扇形遮光片5的转轴上的轴孔20套在所述指针输出轴10上实现半紧配合关系。

图7是本发明具体实施例的指针位置光电传感装置中刻度盘、光接收板、光阑板、光发射板、和齿轮盒之间装配关系结构示意图，为了防止光电位置传感装置与计数器齿轮盒11之间发生位移，影响光电位置传感装置对指针位置数据的转换精度，如图7所示，本发明具体实施例采用多根定位螺钉9，穿过刻度盘2、光接收板3、光阑板4和光发射板6上的定位孔19，使得光接收板3、光阑板4和光发射板6三者连为一体固定在计数器齿轮盒11上的定位螺孔18上。

本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中光发射管和光接收管直径均小于等于3毫米圆形封装或小型贴片封装，单片机型号为C8051F330 ，串行通讯器为MAX485。

本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置及其数据处理方法可以应用在水表、燃气表等多种具有机械式指针式计数器的仪表上。

下面结合图9至图12对本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置的具体工作过程做进一步描述。

经验告诉我们，人工读表时，当观察到指针明显处于两条刻度线之间时，则取指针顺时针方向越过的刻度线的值作为其读数，当观察到指针处于或似乎处于刻度线上时，则通过参考相邻低位的指针位置来确定其读数，如果相邻低位的指针位置在“0”刻度线逆时针侧，代表高位未完成进位，高位的读数取其指针所处于的刻度线的值然后减去1；如果相邻低位的指针位置在“0”刻度线上或在“0”刻度线顺时针侧，代表高位已完成进位，高位的读数取其指针所指向的刻度线的值。综上所述所谓人工读表的过程就是人们对指针位置与刻度线之间的相对关系进行观察和处理的过程，这一过程的关键是对指针处于两条刻度线之间与指针指在刻度线上这两种类型的指针位置，分别予以不同的处理，特别是当某位指针视乎指在刻度线上这种类型的指针位置时，借助参考相邻低位指针位置与“0”刻度线之间的位置关系以解决该位指针的进位问题。

根据人工读表的上述特点，为了实现单片机模拟人工读表，作为本发明具体实施例的核心部分的指针位置光电传感装置，通过其扇形遮光片切割透射式光电开关环形阵列光路产生的通断效应，对围绕在整数位指针轴周围的透射式光电开关环形阵列中的光接收管进行数据采样，在光接收管的输出端，产生与指针位置相对应的二进制代码，通过将光接收管的输出端连接到单片机的输入端口读入二进制代码数据，使得处理指针位置与刻度值之间关系的过程转换成处理光接收管输出代码与读数值之间关系的过程，处理过程由单片机内部程序来完成。

图9给出了本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的指针位置光电传感装置代码生成过程示意图，图中：刻度线旁的大圆代表透射式光电开关环形矩阵中的光接收管，大圆中的小圆代表光接收管的临界截止圆，当扇形遮光片完全覆盖小圆时接收管完全截止，小圆呈实心状表示光接收管处于截止状态，小圆呈空心状表示光接收管处于导通状态，α为光接收管临界截止圆与指针轴心O点形成的两条切线之间的夹角即光接收管临界截止圆的宽度，阿拉伯数字为刻度值和光接收管的统一编号，以变量n表示这些编号中的任意一个，其中：n＝0,1···9,编号的前后顺序为0,1···9,0，扇形部分为扇形遮光片，OP为扇形遮光片的角平分线，OA为假设扇形遮光片固定不动的情况下，角平分线OP围绕指针轴心顺时针旋转时先扫过的扇形遮光片直边，OB为后扫过的扇形遮光片直边，其两条直边OA和OB与O点形成的圆心角为β，D、E两点与O点的连线与光接收管临界截止圆相切，左图直线OD与直线OE 之间的夹角为72°+α，右图直线OD与直线OE 之间的夹角为36°+α，水滴状部分为指针，点状阴影部分为单管截止区域，其宽度为γ，墙体状阴影部分为双管截止区域，其宽度为δ=36°-γ，最大外圆以外的数字为各代码区域的代码。由于指针的尖端与扇形遮光片的角平分线重合，以下的说明中指针所处位置与扇形遮光的角平分线所处位置是等价的，此外全文中凡涉及到宽度和距离这两个术语均以角度为单位。

从图9右图中可以看出：扇形遮光片作为被测物体按图中箭头所指的顺时针方向旋转一周，切割以机械指针轴心为中心的透射式光电开关环形矩阵中光发射管与光接收管之间的光路，伴随透射式光电开关环形矩阵中光接收管交替导通和截止，遮光片扫过的圆周被划分为20个不同代码的区域，选择适当的扇形遮光片圆心角的角度，就能使这些代码区域的代码出现以下两种类型：1.单管截止类代码，其特点是在该区域内，扇形遮光片角平分线位于以任意一条刻度线为对称轴左右±γ/2角度范围之内，该区域覆盖一条刻度线和一个光接收管，使这个光接收管处于截止状态，其余光接收管需要导通状态，以处于截止状态的光接收管的编号变量n为代码值，单管截止类代码以变量n表示；2.双管截止类代码，其特点是在该区域内，扇形遮光片角平分线位于以任意两条刻度线的角平分线为对称轴左右±δ/2角度范围之内，该区域覆盖两条刻度线和两个相邻光接收管，使这两个相邻光接收管处于截止状态，其余光接收管处于导通状态，以处于截止状态的相邻两个光接收管n,n+1序号靠前的编号变量n为代码值，双管截止类代码以变量m表示，m＝n+常数10。与人工读表进行类比，单管截止类与目视指针处于刻度线上的情况相对应，双管截止类与目视指针处于两条刻度线之间的情况相对应。指针位置转换为数字代码后，一方面在需要对指针处于两相邻刻度线之间还是处于刻度线上或作出判断时，可以通过代码是否＞10作出相应判断，具体而言如果代码＜10 表示指针处于刻度线上，否则表示指针处于两相邻刻度线之间，另一方面在需要对指针处于“0”刻度线逆时针侧还是处于“0”刻度线上或处于“0”刻度线顺时针侧作出判断时，可以通过代码的值作出相应判断，具体而言如果代码n＞5 或m-10＞5,表示指针处于“0”刻度线逆时针侧，否则表示指针处于“0”刻度线上或处于“0”刻度线顺时针侧。

至于究竟扇形遮光片的圆心角选择多大较为合适，图9也给出了扇形遮光片圆心角角度如何选择示意图，扇形遮光片圆心角角度选择的条件是，在任何时刻扇形遮光片只能使透射式光电开关环形矩阵中一个或相邻两个光发射管处于截止状态，从图中可以看出，首先由于在透射式光电开关环形矩阵中，相邻光接收管之间距离为36°，因此要保证扇形遮光片同时覆盖两个光接收管的临界截止圆，圆心角须满足条件是β≥36°＋α，如左图所示，扇形遮光片的直边OA和OB分别与直线OE和OD重合，β＝闭区间〔36°＋α〕，这是β可选的最小值；其次由于透射式光电开关环形矩阵中，间隔一个光接收管的两光接收管之间距离为72°，因此要避免扇形遮光片同时覆盖三个光接收管的临界截止圆，圆心角须满足条件是β＜72°＋α，如右图所示，扇形遮光片的直边OA和OB分别与直线OE和OD重合，β＝开区间(72°＋α)，这是β可选的最大值。在一个存在齿轮回差、扇形遮光片安装位置的误差和指针位置光电传感装置中光电管光学性能差异的系统中，扇形遮光片角度应尽量避免最小和最大可取值，以取中间值为宜，优选地扇形遮光片角度β＝扇形遮光片宽度可选的最小值＋(扇形遮光片宽度可选的最大值-扇形遮光片宽度可选的最小值)/2＝(36°＋α)＋〔(72°＋α)-(36°＋α)〕/2＝54°＋α。

从左图中还可以看出扇形遮光片的圆心角β、临界截止圆宽度α和单管截止区域宽度γ三者之间存在如下关系式：γ＋β＝72°＋α，从中解出单管截止区域宽度：γ＝72°－β＋α，随着β在最小值与最大值之间的变化，γ的宽度在开区间 (0,72) 度范围内变化， 在β优选为 54°＋α的情况下，γ＝(72°＋α)－β＝(72°＋α)-( 54°＋α)＝72°-54°＝18°，在上述计算过程中，由于α在计算过程中自动消去，故γ与α无关，只要选择β＝54°＋α，单管截止区域宽度与双管截止区域宽度相等,这也是优选β为中间值得出的必然结论。

以下以一个两档位的机械指针式计数器为例，对本发明如何完成读表的方法进行进一步分析。

图11是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中对一个具有两档位的机械指针式计数器进行数据采集处理的举例示意图，为了便于说明问题在此模仿钟表结构，两档的透射式光电开关矩阵、指针、遮光片和刻度圆共一个圆心，图中：外圈小圆为高位光接收管的临界截止圆，内圈小圆为低位光接收管的临界截止圆，面积较大的扇形部分及其内部指针代表高位扇形遮光片和高位指针，面积较小的扇形部分及其内部指针代表低位扇形遮光片和低位指针，恰当选择遮光片上的透光孔孔径，使得α＝6°，根据扇形遮光片角度的优选条件β＝54°+α，有β＝60°，单管截止区域宽度γ＝±9°，γ的绝对宽度为18°。

为了更清楚地说明本发明实施例中光电位置传感装置光电位置传感装置处理进位问题的工作原理，在此引入指针旋转角度与光电位置传感装置中透射式光电开关环形矩阵输出代码之间关系的计算公式，图10是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置中的扇形遮光片旋转角度与代码关系示意图，图中：x为OP到“0”刻度线的旋转角度(该角度顺时针取正值，逆时针取负值)，扇形遮光片两直边中：OA到“0”刻度线之间的旋转角度为x＋β/2； OB到“0”刻度线之间的旋转角度为x－β/2。分别对(x＋β/2)和(x－β/2)除以36的商取整，结果记作n_A和n_B，以确定OA和OB所在代码区域，对(x＋β/2)模36求余，结果记作y_A，以确定OA与扇形遮光片所覆盖的最近刻度线之间的距离，用36减去对(x－β/2)的模36求余，结果记作y_B，以确定OB与扇形遮光片所覆盖的最近刻度线之间的距离。整理后得到如下指针位置与代码关系计算公式：

n_A＝〈(x＋β/2)/36〉                                            1

n_B＝〈(x－β/2)/36〉＋1                                         2

y_A＝(x＋β/2)mod 36                                          3

y_B＝36－ (x－β/2)mod 36                                     4

若y_A≥α/2，则n_A截止，若y_B≥α/2，则n_B截止。

若n_A≠n_B，则指针处于代码为n_B+10的双管截止区域；若n_A＝n_B，则指针处于代码为n_A/n_B的单管截止区域(反斜杠“/”表示多项选一，下同)。

公式中：尖括号〈〉表示商取整运算。圆括号﹙﹚中运算结果为大于360的数，则连续减去360直到结果为小于360的正数或0；为负数则连续加上360直到结果为正数或0。

例如x＝145°有：

n_A＝〈(x＋β/2)/36〉＝〈(145+30)/36〉＝4;

n_A＝〈(x－β/2)/36〉＋1＝〈(145-30)/36〉+1＝4;

y_A＝(x＋β/2)mod 36＝(145+30) mod 36＝31;

y_B＝36－ (x－β/2)mod 36＝36－(145－30)mod 36＝29;

由于y_A、y_B ≥3，故n_A 、n_B截止，由于n_A ＝n_B＝4，故4号光接收管截止，指针处于代码为4的单管截止区域。

例如x＝157°有：

n_A＝〈(x＋β/2)/36〉＝〈(157+30)/36〉＝5;

n_B＝〈(x－β/2)/36〉＋1＝〈(157-30)/36〉+1＝4;

y_A＝(x＋β/2)mod 36＝(157+30) mod 36＝7;

y_B＝36－ (x－β/2)mod 36＝36－(157－30)mod 36＝17;

由于y_A、y_B ≥3，故n_A 、n_B截止，由于n_A ＝5,n_B＝4，故4号和5号光接收管截止，指针处于代码为14的双管截止区域。

以下分别对本例中高位透射式光电开关环形矩阵输出单管截止代码类和双管截止类代码时的数据处理方法加以说明。

一．高位透射式光电开关环形矩阵输出单管截止类代码：

图11(a)左右两图分别是高位指针处于代码为0的单管截止区域左右两边界点时高低位指针分布图，左图高位指针处于代码为19与代码为0的代码区域交界点上，右图高位指针处于代码为0与代码为10的代码区域交界点上，两图高位指针分别距“0” 刻度线-9°和﹢9°，根据相邻指针之间的十进制关系，两图低位指针分别距离“0” 刻度线-90°和﹢90°。将低位指针旋转角度x＝-90和 x＝90以及β＝60、α＝6代入公式1—4，可计算出低位代码分别为17和12 (计算过程从略)，在代码区域17和12顺时针方向之间，低位可能出现的全部代码为17/8/18/9/19/0/10/1/11/2/12，这些代码是判断相邻高位是否发生进位的参数。此时高低位可能出现的代码组合为｛0｝｛17/8/18/9/19/0/10/1/11

/2/12｝，由于低位无相邻低位，低位读数取代码中个位数数值，其读数为7/8/9/0/1/2。由于高位代码是单管截止类，有进位问题需要处理，根据人工读表的推理过程，将上述代码组合分为｛0｝｛17/8/18/9/19｝和｛0｝｛0/10/1/11

/2/12｝两组，前一组低位代码中个位数的值均＞5，表示高位指针处于“0”刻度线逆时针侧，高位未完成进位，高位读数取代码0减去1（借位减，0-1＝9），两位读数为97/98/99；后一组低位代码中个位数的值均≯5，表示高位指针或处于“0”刻度线上或处于“0”刻度线顺时针侧，高位已完成进位，高位读数直接取代码0，两位读数为00/01/02。两组读数合起来为97/98/99/00/01/02，用任意一个单管截止区域代码 n 置换上述代码组合中高位代码 0 , 得到的代码组合为｛n｝｛17/8/18/9/19/0/10/1/11/2｝，两位的读数为〔(n－1)×10＋7/8/9〕/〔n×10＋0/1/2〕。

二．高位透射式光电开关环形矩阵输出双管截止类代码：

图11(b)是高位指针处于代码为19的双管截止区域左右两边界点时高低位指针分布图，左图高位指针处于代码为9与代码为19的代码区域交界点上，右图高位指针处于代码为19与代码为0 的代码区域交界点上，两图高位指针分别距离“0”刻度线－27和－9°，根据相邻指针之间的十进关系，两图低位指针分别距离“0”刻度线－270°和－90°，将低位指针旋转角度x＝-270、 x＝-90、β＝60和α＝6代入公式1—4，可计算出低位代码分别为17 和12 (计算过程从略)，在代码12 和/17 顺时针方向之间低位可能出现的代码为12/3/13/4/14

/5/15/6/16/7/17,高低位代码组合为｛19｝｛12/3/13/4/14/5/15/6/16/7/17｝, 与上一节同理低位读数为2/3/4/5/6/7。由于高位指针处于双管截止区域，无进位问题要处理，根据人工读表的推理过程，高位的读数取代码中个位数9，于是两位读数为92/93/94/95/96/97。用任意一个双管截止区域代码m＝ n+10 置换代码组合中高位代码19。可得到两位读数为n×10＋2/3/4/5/6/7。

根据以分析，当高位指针处于代码为n 、代码为m＝n +10和代码为n+1的三个连续代码区域范围内时，高低位的代码组合为｛n｝｛17/8/18/9/19/0/10/1

/11/2/12｝/｛m｝｛12/3/14/14/5/15/6/16/7/17｝/｛n+1｝｛17/8/18/9/19/0/10

/1/11/2/12｝,处理后得到的两位读数为〔(n－1)×10＋7/8/9〕/〔(n )×10＋0/1/2/3/4/5/6/7〕/〔(n－1)×10＋7/8/9/0/1/2〕等16个数值，这些数逐一递增，首尾相差16，可见本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置，对一个两档位的机械指针式计数器可以进行连续 、准确和无盲区地数据自动读取。 

至于更多档位的机械指针式计数器，可以将相邻档位的代码两两结合，按照从低位到高位的顺序处理，用上述方法逐步推理，最终获得各挡位的读数。 

图12是本发明具体实施例的机械指针式计数器光电数据采集装置的数据处理流程图，以下根据上述说明归纳出的本发明的机械指针式计数器光电数据采集装置中单片机数据处方法，结合图12对程序流程作进一步说明。

一个具有P档整数位的机械指针式计数器，以变量k表示整数位档位数中的任意位，以变量n表示所述刻度线与所述透射式光电开关环形矩阵中10个光接收管的统一编号中的任意编号，其中：其中：k＝0、1、2 ···P-1，k=0为最低位，k=P-1为最高位、n＝0、1、2···9、编号的前后顺序为0、1、2···9、0。通过指针位置光电传感装置对各整数位指针位置进行采样得到P个代码，以处于截止状态的光接收管的编号变量n为代码值，单管截止类代码以变量n表示；以处于截止状态的相邻两个光接收管编号变量n,n+1中靠前的编号变量n为代码值，双管截止类代码以变量m表示，m＝n+常数10， 定义两个数组N〔P-1〕、数组S〔P-1〕分别存放各整数位的代码值和读数值，数组元素的下标为整数位档位数变量k，先通过一个数据循环程序，通过指针光电位置传感装置对指针位置进行采样，循环变量为k，循环从k=0开始到k=P-1结束，循环过程中，各整数位指针位置转换成代码n或m赋值给数组元素N〔k〕,接下来进入数据处理程序，数据处理按照从低位到高位即从k＝0 到P-1的次序进行，首先将最低位代码值转换成读数值，转换过程中，如果N〔0〕＜10,则将N〔0〕赋值给S〔0〕，否则将N〔0〕-10赋值给S〔0〕，接着程序进入将其余各位的代码值转换成读数值的主循环程序，循环从k＝1开始到k＞P-1结束，循环过程中，如果N〔k〕＜10,表示第k位指针处于单管截止区域内，有进位问题需要处理，参考 S〔k-1〕的值确定S〔k〕的值，若S〔k-1〕＞5，表示第k-1位指针处于“0”刻度线逆时针侧，将N〔k〕-1赋值给S〔k〕，否则说明指针处于“0”刻度线上或处于“0”刻度线顺时针侧，将N〔k〕赋值给S〔k〕；如果N〔k〕≥10，表示指针处于双管截止区域，无进位问题，将N〔k〕-10赋值给S〔k〕，最终机械指针式计数器整数位的读数为：S〔P-1〕·10^P-1＋S〔P-2〕·10^p-2＋···＋S〔k〕·10^k＋··· S〔1〕·10¹＋S〔0〕·10⁰。按照以上流程图可以用C语言直接编写程序。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术。