專利名稱：：表具用光電直讀讀數器的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種讀數器，具體地說，是涉及一種應用于水、電、氣等表具的光電直讀讀數器。
背景技術：
：隨著科技的不斷提高，居民社區逐漸向智能化、數字化方向發展，近年來，遠程抄表越來越多地被應用到居民社區中。目前，大多數表具集抄系統中使用的遠傳表具是脈沖式的，需要電源持續供電。而且，根據對現有直讀表具的調研，目前的直讀表具大多可以做到正位數字讀取或單個字輪的數字讀取，但是，在字輪由低向高進位時，這些表具就不能讀取到正確的數字了。由此可見，研制出一種可以準確讀取進位狀態時數字位置的表具直讀讀數器件是目前急需解決的問題。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種表具用光電直讀讀數器，該光電直讀讀數器可解決字輪進位過程中的容錯問題，提高表具讀數準確性。為了實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案一種表具用光電直讀讀數器，其特征在于它包括形成一凹槽的器件骨架，在該器件骨架形成的凹槽內設有一橫軸，該橫軸上均勻設有多個字輪，每個字輪上設有取光構件，該取光構件旁設有與單片機相連的多對光電器件。所述取光構件為反射黑白片，該反射黑白片設于所述字輪上與所述橫軸垂直的平面的中心部分，該反射黑白片上設有多個相間的黑白區域，所述一對光電器件為一反射型光電耦合器，該光電耦合器的光電發光管和光電接收管封裝在一起并設于反射黑白片的同一側，該光電接收管用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經反射黑白片后射回的光線。所述光電器件共設有五對，該五對光電器件位于同一圓周上，所述反射黑白片共設有兩個黑區域和兩個白區域，五對光電器件用于產生由0和1組成的五位編碼，該四個區域和五對光電器件的組合用于字輪旋轉過程中產生20個各不相同的編碼，所述字輪上的每個數字對應兩個編碼。實際中，位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔為72。，所述黑白區域為扇形區域，所述黑白區域的對應圓心角依次為119°、129°、54°和58°。所述取光構件為透孔槽，該透孔槽設于所述字輪上與所述橫軸垂直的平面的中心部分，該透孔槽上開設有多個條弧狀透孔，所述一對光電器件為一光電發光管和一光電接收管，每對光電器件中的光電發光管和光電接收管分別對應開設的透孔所在的圓周而相應設于透孔槽的兩側，該光電接收管用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經透孔穿射過的光線。所述光電器件共設有五對，該五對光電器件位于同一圓周上，所述透孔槽共設有位于同一圓周上的兩個條弧狀透孔，該兩個條弧狀透孔之間相隔一段距離，五對光電器件用于產生由0和l組成的五位編碼，該兩個條弧狀透孔和五對光電器件的組合用于字輪旋轉過程中產生20個各不相同的編碼，所述字輪上的每個數字對應兩個編碼。實際中，位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔為72°，所述兩個條弧狀透孔為扇形形狀，所述兩個條弧狀透孔的對應圓心角分別為129°、58°，所述兩個條弧狀透孔的圓心角間距為54°。本實用新型的優點是1、本實用新型光電直讀讀數器可由單片機控制，在讀數時加電即可，平時無需加電，功耗低。2、安裝本實用新型的表具通過檢測光線反射或透射數量、光強大小以及借助高低字輪讀數修正可有效解決字輪在進位過程中的容錯問題，可準確讀出機械字輪數值，無累積誤差。3、本實用新型光電直讀讀數器抗干擾性能好，可借助軟件來有效解決器件的離散性及外界光線的影響，提高了讀數的糾錯性、準確性。4、本實用新型中的元器件采用微型貼片光電器件(光電發光/接收管)，便于大批量生產、維修，生產工藝性良好。本實用新型光電直讀讀數器結構簡單、性能可靠，可廣泛適用于需要自動抄表的水、電、氣等表具中。圖1是本實用新型光電直讀讀數器的結構組成示意圖2是反射型字輪的結構示意圖3是透射型字輪的結構示意圖4是字輪與光電板的裝配示意圖5是字輪讀數由9到0的變化過程說明圖6是字輪讀數由0到1的變化過程說明圖7是字輪數字0-9的進位時序示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。如圖1所示，本實用新型表具用光電直讀讀數器包括形成一凹槽的器件骨架10，在該器件骨架10形成的凹槽內設有一橫軸20，該橫軸20上均勻設有多個字輪30。字輪30上均勻標有0~9十個數字，每個字輪30上設有取光構件，該取光構件旁設有與單片機(圖中未示出)相連的多對光電器件51，一對光電器件51由一光電發光管和一光電接收管組成。每一字輪30旁的多對光電器件51設于光電板50上，所有光電板50固定在一主控板40上，光電板50上的光電器件51與主控板40上的單片機連接。在本實用新型中，字輪30共有兩種類型反射型和透射型，下面分別詳述。對于反射型字輪，反射型字輪30上的取光構件為反射黑白片31。該反射黑白片31設于字輪30上與橫軸20垂直的平面的中心部分，該反射黑白片31上設有多個相間的黑白區域。如圖2所示，反射黑白片31為一帶有黑白扇形區域的圓形片，該圓形片以橫軸20為圓心，該反射黑白片31共設有兩個黑區域311、313和兩個白區域312、314。對于反射型字輪，一對光電器件即為一反射型光電耦合器，該光電耦合器的光電發光管和光電接收管是封裝在一起的。如圖4，在反射黑白片31的同一側設有五對光電器件51，也就是說，每對光電器件51中的光電發光管和光電接收管均設于反射黑白片31的同一側。在實際中，該五對光電器件51可位于同一圓周上，光電發光管與光電接收管基本位于同一位置上，這樣，光電接收管便可以用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經反射黑白片31后射回的光線。例如，當黑區域旋轉到光電發光管的發光端時，那么，光電發光管發射的光線被黑區域吸收，光電接收管基本接收不到反射回來的光線，這時，光電接收管截止，該光電接收管產生一個代表截止的信號"0";當白區域旋轉到光電發光管的發光端時，那么，光電發光管發射的光線被白區域反射，光電接收管可以接收到反射回來的光線，這時，光電接收管導通，該光電接收管產生一個代表導通的信號"l"。這樣，當反射黑白片31旋轉到某一位置時，每對光電器件51分別產生一個信號"0"或"1"，因此，五對光電器件51會產生一個五位編碼，該編碼由0和1組成，這個五位編碼代表一個數字(即此時眼睛看到的數字)。特別地，當一部分黑區域和一部分白區域旋轉到光電發光管的發光端時，在光電發光管發射的光線中，有一部分光線被黑區域吸收，而另一部分光線被白區域反射，這時，光電接收管可以接收到一部分反射回來的光線，那么，光電接收管可能是截止，也可能是導通，這種情況是字輪進位時產生的。針對判斷進位的需要，09十個數字中的每一個數字對應兩個編碼，例如，對于"9"來說，"9"對應兩個編碼"01101"、"01001"，"01101"代表此時讀數正好為9，即"到9"，"01001"代表此時讀數大于9，即"過9"。當字輪處于進位狀態時，此時得到的編碼可能是兩個編碼中的任意一個，例如，當字輪由"9"向"0"變化時，得到的編碼是"01101"或"01001"(11°)，即"至IJ9"或"過9"，得到的編碼也可能是"01001"或"11001"(23°)，即"過9"或"到0"。需要指出的是，在本實用新型中，圖5所示第一個圖中標號51標識的光電器件被指定為讀取起始位置，此位置的光電器件轉化光強后得到的二進制碼作為五位編碼中的最高位，然后由此位置的光電器件順時針讀出每一光電器件轉化光強后得到的二進制碼，從而形成五位編碼。相應地，十個數字共有20個編碼，這20個編碼是互不相同的，如下表所示。在下表中，例如，">9>"代表"到9"，"9〉"代表"過9"。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>為了產生上述20個編碼，黑白區域的大小以及光電器件的位置設置是關鍵。在實際實施中，如圖2，位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔可設為72。，即五對光電器件分別位于同一圓周的五等分位置上。相應地，黑白區域的對應圓心角依次為119°、129°、54°和58°，即第一區域311圓心角為119。，第二區域312圓心角為129°，第三區域313圓心角為54。，第四區域314圓心角為58°。這樣，便可產生20個編碼，且每個數字對應2個編碼。實際試驗表明，五對光電器件位于近似五等分位置上，且將第一區域311與第四區域314的交界線大致對準數字2與3的中間位置時的效果會更好。當然，黑白區域的大小以及光電器件的位置可任意設置，只要實現20個編碼的目的即可。類似地，對于透射型字輪，透射型字輪30上的取光構件為透孔槽32。該透孔槽32設于字輪30上與橫軸20垂直的平面的中心部分，該透孔槽32上開設有多個條弧狀透孔。如圖3所示，透孔槽32開設有兩個條弧狀透孔321、322，透孔以橫軸20為圓心，兩個條弧狀透孔321、322之間相距一定距離。在透孔槽32旁設有五對光電器件51，每對光電器件51中的光電發光管和光電接收管分別對應開設的透孔所在的圓周而相應設于透孔槽32的兩側，該光電接收管用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經透孔穿射過的光線。在實際中，該五對光電器件51可位于半徑為R的同一圓周上，兩個條弧狀透孔321、322可位于同一圓周上，且兩個條弧狀透孔321、322的中心圓周線的半徑也為R，該兩個條弧狀透孔321、322之間相隔一段距離。當透孔旋轉到光電發光管的發光端時，那么，光電發光管發射的光線經透孔透射后被另一側對應設置的光電接收管接收，這時，光電接收管導通，該光電接收管產生一個代表導通的信號"1";當沒有透孔的區域旋轉到光電發光管的發光端時，那么，光電發光管發射的光線被沒有透孔的區域擋住，另一側對應設置的光電接收管接收不到發射的光線，這時，光電接收管截止，該光電接收管產生一個代表截止的信號"0"。這樣，當透孔槽32旋轉到某一位置時，每對光電器件51分別產生一個信號"0"或"1"，因此，五對光電器件51會產生一個五位編碼，該編碼由0和1組成，這個五位編碼代表一個數字(即眼睛此時看到的數字)。特別地，當帶有透孔的區域和不帶有透孔的區域同時旋轉到光電發光管的發光端時，在光電發光管發射的光線中，有一部分光線從透孔透射過而被光電接收管接收，未透射過、被遮擋回來的光線沒有被光電接收管接收，這時，光電接收管可以接收到一部分透射過來的光線，那么，光電接收管可能是截止，也可能是導通，這種情況便是字輪進位狀態。與反射型字輪一樣，針對判斷進位的需要，09十個數字中的每一個數字對應兩個編碼，相應地，十個數字共有20個編碼，這20個編碼是互不相同的，如上表所示。為了產生上述20個編碼，透孔的長短以及光電器件的位置設置是關鍵。在實際實施中，如圖3，位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔可設為72°，即五對光電器件分別位于同一圓周的五等分位置上。相應地，條弧狀透孔321、322的對應圓心角分別為129°、58°，兩個條弧狀透孔321、322的圓心角間距為54。(圓心角間距也可視為119°)，這樣，便可產生20個編碼，且每個數字對應2個編碼。實際試驗表明，五對光電器件位于近似五等分位置上，且將位于119。間隔一邊的透孔322—端大致對準數字2與3的中間位置時的效果會更好。當然，透孔的長短以及光電器件的位置可任意設置，只要實現20個編碼的目的即可。在本實用新型中，讀取數字讀數便是通過上表所示的20個編碼實現的。在字輪轉動到進位狀態的某一時刻，只有一對光電器件在黑白交界處或透射與不透交界處進入或離開，此時會產生對應的兩個二進制碼中的一個，也就是說，此時只會有一個固定的二進制碼，不會出現誤碼。當然，該編碼的數值會根據取光構件或光電器件的設置而有所變化。下面以字輪由"9"向"0"變化和由"0"向"1"變化來說明進位過程。如圖5所示，字輪由"9"向"0"變化過程分成了三個區間(以眼睛正好看到數字9的位置為起始0。)，一個是"9"的正位區間(-22°11°)，用">9〉"表示(見圖5的第一個圖)，一個是"9"的進位判別區間(11°~23°)，用"9>"表示(見圖5的第二和第三個圖)，一個是"0"的到位判別區間(23°36°)，用">0"表示(見圖5的第四個圖)。例如，在進位判別區間時如圖5所示的第二個圖，若字輪從起始0。逆時針旋轉了ll。，此時可能會讀取到">9>"或"9>";如圖5所示的第三個圖，若字輪從起始0°逆時針旋轉了23°，此時可能會讀取到"9>"或">0"。如圖6所示，字輪由"0"向"1"變化過程分成了三個區間(以眼睛正好看到數字0的位置為起始0°)，一個是"0"的正位區間(-13°~0°)，用">0"表示(見圖6的第一個圖)，一個是"0"的進位判別區間(0°~18°)，用"0>"表示(見圖6的第二個圖)，一個是"1"的到位判別區間(18°~45°)，用">1>"表示(見圖6的第三和第四個圖)。例如，在進位判別區間時，如圖6所示的第二個圖，若字輪從起始0。逆時針旋轉了18°，此時可能會讀取到"0>"或">1>"。又如，在到位判別區間時，如圖6所示的第三個圖，若字輪從起始O。逆時針旋轉了27。，此時一定會讀取到"〉1>"。類似地，其它數字間的進位過程與上述"9"+"0"以及"0"^"1"的過程相類似，不同的是，進位狀態所處的旋轉角度不同。字輪數字09的進位時序如圖7所示。由上可以發現，當單個字輪轉到某個數字的任意位置時，讀取該數字是很容易做到的，但是，當兩個字輪同時轉到進位過程中時，由于齒輪傳動中不可避免的間隙和機械裝配誤差會導致相鄰字輪進位不同步，因此，此時要正確識別字輪讀數是相當難的。在實際應用中，本實用新型是通過高低位字輪位置間的數值關系來修正進位時讀取的數值結果的。也就是說，在進位過程中，高位字輪的編碼和低位字輪的編碼可以組成一個編碼組合，這種編碼組合的唯一性可以判斷該位字輪和相鄰高位字輪在進位時所處的準確位置。從而做到讀數與字輪示值一致。下面以"09"向"10"轉換的過程為例，來說明高低位組合修正讀數過程。依照圖7所示的字輪進位時序圖，當低位字輪處在"9>"區間時，此時高位字輪處在"0>"區間，則直接讀數為"09";字輪繼續逆時針轉動，當高位字輪處在">1>"區間時，若直接讀數，則讀數應為"19"，但是，因為低位字輪此時正處在"9>"區間，則可通過軟件修正來判斷讀數為"10";字輪繼續逆時針轉動，當低位字輪處在">0"區間時，此時高位字輪處在">1>"區間，則直接讀數為"10"。可見，在由"X9"向"(X+1)0"轉化的過程中，準確識別出正確的數字是可以實現的。同理，對于每一個字輪，在任何數字加l的轉化過程中，借助本實用新型直讀讀數器的結構以及編碼、修正規則，準確識別出正確的數字是可以實現的，這是由于字輪上的每個數字都設置了兩種狀態，且每種狀態采用了唯一編碼方式，這種編碼方式具有軟件糾錯的可行性，同時也大大降低了對光電器件一致性的要求。使用本實用新型讀數時，各字輪處設置的光電器件接收光線，接收的光線強度被轉換為模擬量(例如，對于反射型字輪，該模擬量對應光線全部反射、光線局部反射、光線完全吸收)而傳送到單片機，然后，單片機內安裝的軟件根據設定的閾值與該模擬量比較，對字輪此時所處狀態進行編碼，再把編碼轉換為實際的碼輪讀數，并且，在進位時，根據高低位字輪組合來修正讀數。從而，表具內的每個字輪都可以進行準確讀數。本實用新型不僅可通過通訊總線(485總線、CAN或M-BUS)直接將直讀讀數器的讀數進行遠傳，也可通過無線通信的方式實現遠距離自動抄表。本實用新型廣泛適用于各類遠程集中抄表系統。在本實用新型中，字輪的個數可以為46個，字輪間可設定為逐位讀數，也就是說，讀數時，每個字輪對應設置的光電器件依次發光，從而接收、編碼直至最終讀數。在實際使用前，可先將不同的光電接收管在正常導通截止時設定相應的閾值，以避免不同放大倍數的光電器件存在的偏差影響最終讀數的準確性。另外，在每次讀數前，可以判斷本實用新型光電直讀讀數器是否受外界光線的影響，如果有光線影響，則此次讀數廢棄，從而有效避免了外界光線對讀數的影響。本實用新型的優點是1、本實用新型光電直讀讀數器可由單片機控制，在讀數時加電即可，平時無需加電，功耗低。2、安裝本實用新型的表具通過檢測光線反射或透射數量、光強大小以及借助高低字輪讀數修正可有效解決字輪在進位過程中的容錯問題，可準確讀出機械字輪數值，無累積誤差。3、本實用新型光電直讀讀數器抗干擾性能好，可借助軟件來有效解決器件的離散性及外界光線的影響，提高了讀數的糾錯性、準確性。4、本實用新型中的元器件采用微型貼片光電器件(光電發光/接收管)，便于大批量生產、維修，生產工藝性良好。本實用新型光電直讀讀數器結構簡單、性能可靠，可廣泛適用于需要自動抄表的水、電、氣等表具中。以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本實用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實用新型技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實用新型保護范圍之內。權利要求1、一種表具用光電直讀讀數器，其特征在于它包括形成一凹槽的器件骨架，在該器件骨架形成的凹槽內設有一橫軸，該橫軸上均勻設有多個字輪，每個字輪上設有取光構件，該取光構件旁設有與單片機相連的多對光電器件。2、根據權利要求l所述的光電直讀讀數器，其特征在于所述取光構件為反射黑白片，該反射黑白片設于所述字輪上與所述橫軸垂直的平面的中心部分，該反射黑白片上設有多個相間的黑白區域，所述一對光電器件為一反射型光電耦合器，該光電耦合器的光電發光管和光電接收管封裝在一起并設于反射黑白片的同一側，該光電接收管用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經反射黑白片后射回的光線。3、根據權利要求2所述的光電直讀讀數器，其特征在于所述光電器件共設有五對，該五對光電器件位于同一圓周上，所述反射黑白片共設有兩個黑區域和兩個白區域，五對光電器件用于產生由0和1組成的五位編碼，該四個區域和五對光電器件的組合用于字輪旋轉過程中產生20個各不相同的編碼，所述字輪上的每個數字對應兩個編碼。4、根據權利要求3所述的光電直讀讀數器，其特征在于位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔為72°，所述黑白區域為扇形區域，所述黑白區域的對應圓心角依次為119°、129°、54°和58°。5、根據權利要求l所述的光電直讀讀數器，其特征在于所述取光構件為透孔槽，該透孔槽設于所述字輪上與所述橫軸垂直的平面的中心部分，該透孔槽上開設有多個條弧狀透孔，所述一對光電器件為一光電發光管和一光電接收管，每對光電器件中的光電發光管和光電接收管分別對應開設的透孔所在的圓周而相應設于透孔槽的兩側，該光電接收管用于接收從與其相對應的該對中的光電發光管發射出且經透孔穿射過的光線。6、根據權利要求5所述的光電直讀讀數器，其特征在于所述光電器件共設有五對，該五對光電器件位于同一圓周上，所述透孔槽共設有位于同一圓周上的兩個條弧狀透孔，該兩個條弧狀透孔之間相隔一段距離，五對光電器件用于產生由0和1組成的五位編碼，該兩個條弧狀透孔和五對光電器件的組合用于字輪旋轉過程中產生20個各不相同的編碼，所述字輪上的每個數字對應兩個編碼。7、根據權利要求6所述的光電直讀讀數器，其特征在于位于同一圓周上的相鄰兩對光電器件的圓心角間隔為72。，所述兩個條弧狀透孔為扇形形狀，所述兩個條弧狀透孔的對應圓心角分別為129°、58°，所述兩個條弧狀透孔的圓心角間距為54°。專利摘要本實用新型公開了一種表具用光電直讀讀數器，它包括形成一凹槽的器件骨架，在該器件骨架形成的凹槽內設有一橫軸，該橫軸上均勻設有多個字輪，每個字輪上設有取光構件，該取光構件旁設有與單片機相連的多對光電器件。該取光構件可為反射黑白片或透孔槽。安裝本實用新型的表具通過檢測光線反射或透射數量、光強大小以及借助字輪的高低位讀數修正可有效解決字輪在進位過程中的容錯問題，可準確讀出機械字輪數值，無累積誤差。本實用新型光電直讀讀數器結構簡單、性能可靠，可廣泛適用于需要自動抄表的水、電、氣等表具中。文檔編號G01D5/26GK201225896SQ200820109189公開日2009年4月22日申請日期2008年7月11日優先權日2008年7月11日發明者劉逾男,張志強,娟李,裴鳳芹,鄭紹春,郭寶安申請人:鄭州安然測控設備有限公司