機械計數器的電磁感應線性讀取電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電感傳感器電子讀取電路，包括多個電感傳感器構成的電感傳感器陣列、單片機、電子開關電路、正反饋電路、整形電路，每個電感傳感器輸入端與列引線連接，輸出端與行引線相連，通過單片機控制行引線和列引線的導通，實現對電感傳感器陣列中每個傳感器的信號讀取，該讀取電路結構簡單，讀取精度高。
【專利說明】機械計數器的電磁感應線性讀取電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于計量領域，具體地，涉及一種使用電磁感應的頻率測量技術實現傳統機械計數器機電數字轉換的直讀式機械計數器讀取電路；廣泛適用于電表、水表、煤氣表等表具的遠程抄表。
【背景技術】
[0002]傳統的機械計數器是通過肉眼看數而獲取數據的，隨著勞動力價格的高漲和實現節能降耗，國家推出了能源使用的階梯價格和分時價格，要實現這一目標，必須對計量表具實行遠傳抄表，才能解決政策的執行問題。如何把機械讀數轉換為電子讀數，特別是沒有電也需要計量的水表、氣表、暖氣表，人們發揮了想象的空間，制作了光電傳感器和電感傳感器等各種將機械字輪數轉為電子數的技術，該電子數是通過讀取電路來實現讀數的，現有的讀取電路往往結構復雜，這既增加了設計成本又不利于其穩定性，實際產業中既要考慮成本，又要考慮設備的可靠性和維護成本，因此需要提供一種結構簡單且穩定性高的讀取電路。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術所存在的缺陷，本發明提供一種機械計數器的電磁感應線性讀取電路，該讀取電路用于讀取多個設置于數字輪周邊多個傳感器的電信號，最終實現對數字輪的轉動位置的編碼。
[0004]為實現上述目的，本發明采用以下方案:
[0005]提供一種電感傳感器電子讀取電路，包括多個電感傳感器構成的電感傳感器陣列、單片機、電子開關電路、正反饋電路、整形電路，電子開關電路包括第一電子開關(Ql)和第二電子開關(Q2)其特征在于還包括:
[0006]第一列引線(JP5),其一端與第一列中多個電感傳感器的輸入端連接,另一端連接于單片機的第一 I / O端口(PBO)；
[0007]第二列引線(JP4)，其一端與第二列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第二 I/O端口(PBl)；
[0008]第一行引線(JP6),其一端與第一行中多個電感傳感器的輸出端連接,另一端與電子開關電路中第一電子開關的輸入端連接；
[0009]第二行引線(JP7)，其一端與第二行中多個電感傳感器的輸出端連接，另一端與電子開關電路中第二電子開關的輸入端連接；
[0010]其中，第一電子開關的控制端連接于單片機第三I / O端口(PD7)，第二電子開關的控制端連接于單片機第四I / O端口(PD6)，電子開關電路的輸出端與正反饋電路輸入端連接，正反饋電路輸出端與整形電路輸入端連接，整形電路輸出端與單片機第五I / O端口(PD2)連接，單片機通過控制第一、第二、第三、第四I / O端口狀態實現對電感傳感器陣列中各個電感傳感器的信號讀取，該信號通過第五I / O端口進入單片機。
[0011]進一步，還包括:第三列引線(JP3)，其一端與第三列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第六I / O端口(PB2)。
[0012]進一步，還包括:第四列引線(JP2)，其一端與第四列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第七I / O端口(PB3)。
[0013]進一步，還包括:電子開關電路中的第三電子開關和第三行引線(JP8)，第三行引線一端與第三行中多個電感傳感器的輸出端連接，另一端與電子開關電路中第三電子開關(Q3)的輸入端連接，第三電子開關的控制端連接于單片機第八I/O端口(PD5)。
[0014]進一步，其特征在于；每一個所述電感傳感器由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電磁傳感器輸出端。
[0015]進一步，其特征在于；所述第一、第二、第三電子開關是三極管。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下優勢:
[0017]1、有足夠的編碼，實現字輪的每一角度的位置識別，讀數精確，方便遠程抄表；
[0018]2、線路非常簡單；
[0019]2、電感傳感器線路板泡水能正常工作，可靠性高；
[0020]3、讀數時用電，其它時間不用電。
[0021]本發明的優點是編碼大于360個，可精確跟蹤字輪的微小轉動，使讀取的數據沒有差錯，完全防水，無識別盲區，成本低廉，并能方便地安裝在水表、電表、煤氣表等一切原來采用機械計數字輪的表具上，實現遠傳抄表。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的機械計數器的電磁感應線性讀取裝置結構示意圖；
[0023]圖2為第I實施例中字輪的剖面示意圖；
[0024]圖3為第I實施例中電感傳感器組電路圖；
[0025]圖4為第I實施例中主板電路示意圖；
[0026]圖5為第2實施例中字輪的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0027]第I實施例:
[0028]如圖1至圖3所示，機械計數器的電磁感應線性讀取裝置，包括帶有計數字輪軸1、進位輪軸2、進位輪3、計數字輪4、電感傳感器5，傳感器組電路板6與所述的計數字輪4相連接的進位輪3，所述的計數字輪4內部嵌入有一定形狀的電感感應體7 ;所述的計數字輪4外部設置多個沿圓周方向分布并呈36度間隔的電感傳感器5，電感傳感器5由電感線圈L和與之并聯的電容C及并聯后的一端連接二極管D正極，另一端和二極管負極一起引出線組成，二極管D的作用為隔離各個電感傳感器5相互之間的影響，另為消除環境的影響，夕卜加一個遠離計數字輪4的參考電感傳感器8，各個電感傳感器之間的連接如圖3。
[0029]把各個電感傳感器5組成一個陣列后，以最少的引線與主板連接。以方便傳感器組電路板與主板分別放置在不同的環境，如水表里只放置傳感器板(不需防水處理，可直接泡在水中工作)，水表外放置主板(無水環境)，這樣大大提高電路的可靠性。主板設置有L-C振蕩電路和單片機(MCU)控制和處理電路。
[0030]工作時:
[0031]如圖1、圖3所示，計數字輪有4個，每個輪子需3個電感傳感器5，外加一個參考電感傳感器5，總共13個電感傳感器。
[0032]如圖1，字輪表面嵌套電磁感應體選擇非金屬鐵氧體，其寬度小于字輪的寬度，厚度的選擇為:3種不同厚度的材料按一定規律排布，一種排布為:材料厚度如從薄到厚設為(11，(12，(13，則開始(11占72度，接著d2占108度，再接著d3占108度，然后接著d2占72度后成環型接回到開始的dl。為達到滿足要求的編碼，這輪子上嵌入的材料與傳感器對應的規則是:使每個電感傳感器的振蕩頻率沿字輪一個圓周轉動所獲得的頻率值，必須是漸變的，不能跳變，即不能從小直接接到最大，只能小到中到大到中到小，或小到中到小，再中再大再中再接回小等等。
[0033]例如:字輪0、9位置的厚度可為0.3mm,字輪1、2、3、7、8位置的厚度為0.6mm,字輪4，5，6位置的厚度為0.9_。這樣，當每個電感L對應字輪表面里不同厚度的鐵氧體時，其振蕩頻率會發生變化，材料厚或面積大，則頻率低，材料薄或面積小，則頻率高。在厚度平穩區得到一個相對變化不大的頻率，當電感L處在輪子的鐵氧體厚度變化區(0.3mm到0.6mm到0.9mm處)時，可測得這一頻率是在某個區域連續變化的，可判定輪子的位置，是處于進位狀態。
[0034]如圖4，主板上三極管Ql，Q2，Q3組成電子開關，正常工作時，僅有一個可以導通，其余關閉；三極管Q4，Q6組成正反饋電路，與電感傳感器5形成L-C振蕩電路。振蕩信號經Q5整形后，輸入單片機(MCU)，進行頻率測量。
[0035]電路工作原理:由1?^控制？80到？84，1^5，1^6，？07的工作狀態，可選擇哪一路電感傳感器5處于工作狀態，其余的處于關閉狀態，如當PBO為輸出高電平，其余的PB1，PB2，PB3，PB4處于輸出低電平，則如圖3的第一列的3個電感傳感器5都處于準工作狀態，這時，如PD7輸出為高電平,其余兩個Η)5,Ρ?6處于輸出低電平,則只有第一行的第一列電感傳感器5處于正常工作狀態，產生振蕩，振蕩信號經Q3整形后，進入MCU的PD2腳，進行頻率測量。同理，如果對第三行第一列進行測量，則置PD5為高電平，PD6, PD7為低電平即可。
[0036]同樣如果PBl設為高電平輸出，其余的ΡΒΟ，ΡΒ2, ΡΒ3, ΡΒ4為低電平，則第二列電感傳感器5處于準工作狀態。其他幾列不工作。所以通過MCU軟件可分別控制哪一個電感傳感器5工作，其余的不工作，全部掃描后，MCU得到了各個輪子的電感傳感器5振蕩頻率和一個參考振蕩頻率，對某一個輪子，得到三個頻率值(FA，FB, FC)，這三個頻率值經MCU處理，整定后數值設為I到9，如電感傳感器在最厚的地方整定值為9，中間為5，最薄值為1，最厚和中間之間過渡整定為8、7、6，中間和最薄之間過渡整定為4、3、2則一個輪子的編碼數為9~3=729，滿足對字輪每1°角度，可有一個編碼的要求，不存在識別盲區，保證了讀數的100%準確。
[0037]更優選地方案是，對某一個輪子，得到三個頻率值(FA，FB，FC)，與參考電感傳感器的頻率(F8)相減后，經過MCU處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa，fb，fc，這三個數據，數值選擇范圍為I到9，實現9~3=729個編碼，此種方式可濾掉環境因數的影響，進一步提高了讀取裝置的可靠性。
[0038]第2實施例:
[0039]圖5為第2實施例中字輪的剖面示意圖，一個計數字輪對應2個電感傳感器的結構如圖5，它由4種不同厚度的材料按一定規律排布，一種排布為:材料厚度如從薄到厚設為dl，d2，d3，d4，則開始dl占72度，接著d2占72度，再接著d3占72度，再再接著d4占72度，然后接著d3占36度，再接著d2占36度后接回到開始的dl。對某一個輪子，得到2個頻率值(FA，FB)，與參考電感傳感器的頻率(F8)相減后，可濾掉環境因數的影響，經過MCU處理后的頻率差經整定后可以表示為:fa，fb，這2個數據，整定后如數值設為I到21，則一個輪子的編碼數為21~2=441，如最厚d4整定為21，d3整定為14，d2整定為8，dl整定為1，則d4和d3之間過度整定為15、16、17、18、19、20，d3和d2之間整定為9、10、11、12、13，d2和dI之間整定為2、3、4、5、6、7，滿足對字輪轉動四舍五入的定位要求，不存在識別盲區，保證了讀數的100%準確。
[0040]此時，采用的電路結構與圖3和圖4中類似，不同的是由于采用了 2個電感傳感器A和B，因此相對省略了圖3中JP8對應的電感傳感器行和圖4中JP8對應的電子開關Q3電路。
[0041]當采用不同數量的電感傳感器時，可以通過設置讀取電路中行引線(JP6，JP7，JP8)、列引線(JPI, JP2，JP3，JP4，JP5)以及行引線對應的電子開關(Q1, Q2，Q3)來實現對電感傳感器陣列的讀取。
[0042]上述實施例中在字輪內部設置不同厚度的電感材料，由此在電感傳感器上獲得不同的頻率值，為了獲得不同的頻率值可以通過設置不同尺寸的同種電感材料或設置相同尺寸的不同種電感材料來實現。
[0043]例如:所述的計數字輪內部嵌入的同種電感材料的形狀可設置為厚度不等、面積不等、半徑不同的扇形等各種形狀，或者所述的計數字輪內部嵌入的不同種電感材料的形狀設置為環形、圓形等。
[0044]電路中，電子開關和正反饋電路也可選用有此功能的IC芯片完成，或直接用多個LC振蕩電路而不用電子開關和L一C-D電路中的D來完成，均視為本專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種電感傳感器電子讀取電路，包括多個電感傳感器構成的電感傳感器陣列、單片機、電子開關電路、正反饋電路、整形電路，電子開關電路包括第一電子開關(Ql)和第二電子開關(Q2)其特征在于還包括: 第一列引線(JP5)，其一端與第一列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第一 I / O端口(PBO)； 第二列引線(JP4)，其一端與第二列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第二 I / O端口(PBl)； 第一行引線(JP6)，其一端與第一行中多個電感傳感器的輸出端連接，另一端與電子開關電路中第一電子開關的輸入端連接； 第二行引線(JP7)，其一端與第二行中多個電感傳感器的輸出端連接，另一端與電子開關電路中第二電子開關的輸入端連接； 其中，第一電子開關的控制端連接于單片機第三I / O端口(PD7)，第二電子開關的控制端連接于單片機第四I / O端口(PD6)，電子開關電路的輸出端與正反饋電路輸入端連接，正反饋電路輸出端與整形電路輸入端連接，整形電路輸出端與單片機第五I / O端口(PD2)連接。
2.如權利要求1所述的電感傳感器電子讀取電路，還包括:第三列引線(JP3)，其一端與第三列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第六I / O端口(PB2)。
3.如權利要求2所述的電感傳感器電子讀取電路，還包括:第四列引線(JP2)，其一端與第四列中多個電感傳感器的輸入端連接，另一端連接于單片機的第七I / O端口(PB3)。
4.如權利要求1-3任意一項所述的電感傳感器電子讀取電路，還包括:電子開關電路中的第三電子開關和第三行引線(JP8)，第三行引線一端與第三行中多個電感傳感器的輸出端連接，另一端與電子開關電路中第三電子開關(Q3)的輸入端連接，第三電子開關的控制端連接于單片機第八I / O端口(PD5)。
5.如權利要求1-3任意一項所述的電感傳感器電子讀取電路，其特征在于；每一個所述電感傳感器由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電磁傳感器輸出端。
6.如權利要求4所述的電感傳感器電子讀取電路，其特征在于；每一個所述電感傳感器由電感線圈L、電容C和二極管D構成，電感線圈L與電容C并聯后連接二極管D正極，二極管D負極作為電磁傳感器輸出端。
7.如權利要求4所述的電感傳感器電子讀取電路，其特征在于；所述第一、第二、第三電子開關是三極管。
8.如權利要求5所述的電感傳感器電子讀取電路，其特征在于；所述第一、第二、第三電子開關是三極管。
【文檔編號】G01D5/56GK203949685SQ201320613288
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】韋淑沛 申請人:韋淑沛