直讀式數字計數表控制裝置的製作方法

2023-09-23 03:01:10 2

專利名稱：直讀式數字計數表控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種記數裝置，特別是一種適用於水、電、氣等遠程抄表系統的能夠直接讀取和記錄讀數的計數表控制裝置。
背景技術：
近年來，隨著中國信息產業建設的不斷深化以及人們生活水平的不斷提高，人們對住房的要求不再局限於房屋的面積、裝修、周邊環境和配套公共設施等硬體基礎上，而是把眼光越來越多地投向了社區的智能化、數位化方面。三表集抄系統作為智能小區最基本的組成部分之一而成為當前一個方興未艾的熱門話題。一方面越來越多的開發商在其新建住宅小區的煤氣表、水錶、電錶的更新換代的過程中，三表集抄系統也成為了相關部門和單位的重點關注對象。三表集抄系統是對原有的水電氣抄表及收費方式一場革命。長久以來，水電氣抄表及收費方式一直停留在由抄表員挨家挨戶抄表、收費的路後水平上，這種抄表收費方式一方面效率低，工作量大，浪費了大量的人力物力；另一方面，這種方式還容易被犯罪分子利用，威脅到住戶的生命財產。因此，這種抄表收費方式已經無法適應時代發展需要。正是在這種情況下，三表集抄系統呼之欲出。所謂三表集抄系統，就是利用計算機和網絡技術，將用戶使用的水電氣數據定期自動收集、匯總，保存至前臺計算機內，根據用戶的使用數據，計算、列印出各種收費單據。三表集抄系統改變了過去的人工抄表方式，將抄表員從過去繁瑣的勞動中解放出來，不但提高了水電氣管理部門的工作效率，減少了人力資本投入，降低了成本，改善了形象，並為這些行業提高了可靠的現代化管理手段，避免過去管理中的各種弊病，使居民住宅的科技含量和智能化水平增加，方便了住房的物業管理，提高了居民的生活質量。
三表集抄系統主要包括這幾個部分具有遠傳功能的表具；數據採集器；通信網絡；主控計算機。其中，表具決定了整個三表集抄系統的準確度。目前絕大多數三表集抄系統中，使用的遠傳表具是脈衝式的。使用這種脈衝式遠傳表具集抄系統往往都存在下面的問題1.這種脈衝式表具容易誤發脈衝，導致計數不準；2.數據採集器如果停電或出現故障，表具發出的脈衝就無法累計，導致數據出錯。由於計量不準，三表集抄系統的應用和發展受到了很大的影響和制約。
目前，包括反射式光電編碼式、攝影式等在內的遠傳表具都不同程度的存在各種問題，容易受到外界如油汙或灰塵汙染而在反射區內不能正常工作或攝影，也容易因反射取與反射區之間的編碼無從判斷而存在死區，在數字與數字之間的中間狀態而無從判斷，且圖象數據量大，傳輸費時，處理困難。

發明內容
本實用新型的發明目的是提供一種新型的適用於水、電、氣等遠程抄表系統的能夠直接讀取和記錄讀數的計數表控制裝置，這種直讀式數字計算數表控制裝置能有效準確地讀取和記錄表具數據，在字輪上設置有特定標記，利用光電傳感器判斷的字輪各種狀態獲得字輪讀數，並傳送到集中器或手操器；本實用新型能夠直接讀取字輪在顯示窗口的數字，且準確，精度高，數據傳輸不受外界各種因素如磁性等影響，杜絕了讀取數字的誤動作，使用壽命長，能夠與遠程控制系統有機地結合起來，運行可靠、日常維護方便，安裝和使用便捷，並且這種直讀式記數器通過通信總線直接將表的讀數遠傳，通信總線接口可以是485總線、CAN總線，或M-BUS，可以廣泛適用於各類遠程集中自動抄表系統中。
本實用新型的具體技術方案如下一種直讀式數字計數表控制裝置，包括控制主模板、機械傳動控制裝置、光電轉換裝置及表具，控制主模板包括微處理器、電源模塊、通信模塊、非易失性存貯器；機械傳動控制裝置包括光電編碼發射裝置、含編碼碼道的字輪、光電編碼接收裝置；其特徵在於微處理器與通信模塊連接，通過通信模塊接收主控上位機發出的抄表命令後，依次控制光電編碼發射裝置點亮發射管，各光源經由光柵變為近似平行光後通過字輪，由光電編碼接收裝置接收表具讀數產生的信號，並將該該信號讀數經過光電轉換裝置轉換，保存到非易失性存儲器中，通過通信模塊上傳數據至主控上位機；非易失性存儲器同時保存該表具的編碼；電源模塊同時分別為主控制模板、光電編碼發射裝置和光電編碼接收裝置提供工作電壓。
本實用新型所述的主控上位機即主控制計算機分別經多個數據集中器與多個控制主模板連接，可以帶多個數據集中器，所述的每個數據集中器分別與多組表具連接控制。
本實用新型適用於遠程控制系統，其工作流程是通過485總線組成一個多層主從網絡。隨機隨時主機只和一個表具進行通信。表具之間不通信。抄表工作時，主控計算機發出抄表命令給數據集中器，該命令包括數據集中器的編碼、表具組編碼、表具編碼。對應的數據集中器收到該抄表命令後，根據表具組編碼，控制繼電器，將電源切換到該組表具。然後發出抄表命令，該命令包括表具編碼。對應的表具收到該抄表命令後，讀取表具數據，並返回給數據集中器。數據集中器再將該數據返回該主控計算機。然後主控計算機發下一個抄表命令，直到所有的表具全部抄完。抄表完畢，數據集中器通過控制繼電器，將電源與表具斷開。
本實用新型所述的光電編碼發射裝置包括紅外或紅光發射管和光電編碼發射控制電路，各紅外或紅光發射管在一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼接收裝置中的紅外或紅光光敏元件的位置相對應，且各紅外或紅光發射管提供發射的平行光源相互不交叉；所述的光電編碼接收裝置包括紅外或紅光光敏元件和接收電路，紅外或紅光光敏元件在光照下呈低阻抗狀態，在無光下呈高阻抗狀態，且各紅外或紅光光敏元件在同一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼發射裝置中的紅外或紅光發射管的位置相對應。
本實用新型所述的表具包括字輪、轉動軸，字輪之間有光電編碼器發射裝置和光電編碼接收裝置，字輪上設有與光電編碼發射裝置和光電編碼接收裝置發射或接收的平行光對應的碼道。所述的碼道是位於字輪上的呈條狀扇形的平行光通道，包括位於字輪上轉動軸孔兩側的兩個碼道。
本實用新型設計光電編碼器來讀取字輪所在的角度，從而得到字輪當前在顯示窗口的數字，進而得到基表的讀數；本實用新型能夠直接讀取字輪在顯示窗口的數字，且準確，精度高，數據傳輸不受外界各種因素如磁性等影響，杜絕了讀取數字的誤動作，使用壽命長，且能夠與遠程控制系統有機地結合起來，運行可靠、日常維護方便，安裝和使用便捷。
附圖及圖面說明

圖1本實用新型的平面結構示意圖圖2本實用新型字輪的平面結構示意圖圖3本實用新型發射裝置中的紅外發射管的安裝平面結構示意圖圖4本實用新型接收裝置中的紅外光敏元件安裝平面結構示意圖圖5本實用新型所述的發射控制電路圖圖6本實用新型所述的接收電路圖圖7本實用新型適用於遠程控制系統的系統方框圖圖8本實用新型的結構原理圖表具1、光電轉換裝置2、顯示窗口3、字輪4、轉動軸5、光電編碼器6、光電編碼發射裝置7、光電編碼接收裝置8、碼道9、紅外或紅光光敏元件10、紅外或紅光發射管11。
具體實施方式
實施例1一種直讀式數字計數表控制裝置，包括控制主模板、機械傳動控制裝置、光電轉換裝置2及表具1，控制主模板包括微處理器、電源模塊、通信模塊、非易失性存貯器；機械傳動控制裝置包括光電編碼發射裝置7、字輪4、光電編碼接收裝置8；其特徵在於微處理器與通信模塊連接，通過通信模塊接收主控上位機發出的抄表命令後，依次控制光電編碼發射裝置7點亮發射管11，各光源經由光柵變為近似平行光後通過字輪4，由光電編碼接收裝置8接收表具1讀數產生的信號，並將該該信號讀數經過光電轉換裝置2轉換，保存到非易失性存儲器中，通過通信模塊上傳數據至主控上位機；非易失性存儲器同時保存該表具1的編碼；電源模塊同時分別為主控制模板、光電編碼發射裝置7和光電編碼接收裝置8提供工作電壓。
本實用新型所述的主控上位機即主控制計算機分別經多個數據集中器與多個控制主模板連接，可以帶多個數據集中器，所述的每個數據集中器分別與多組表具連接控制。
本實用新型所述的光電編碼發射裝置7包括紅外發射管11和光電編碼發射控制電路12，各紅外發射管11在一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼接收裝置8中的紅外光敏元件10的位置相對應，且各紅外發射管11提供發射的平行光源相互不交叉；所述的光電編碼接收裝置8包括紅外光敏元件10和接收電路13，紅外光敏元件10在光照下呈低阻抗狀態，在無光下呈高阻抗狀態，且各紅外光敏元件10在同一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼發射裝置7中的紅外發射管11的位置相對應。
本實用新型所述的表具1包括字輪4、轉動軸5，字輪4之間有光電編碼器發射裝置7和光電編碼接收裝置8，字輪4上設有與光電編碼發射裝置7和光電編碼接收裝置8發射或接收的平行光對應的碼道9。所述的碼道9是位於字輪4上的呈條狀扇形的平行光通道，包括位於字輪4上轉動軸5孔兩側的兩個碼道9。
同樣道理，紅光發射管、紅光光敏元件同樣能夠實現本實用新型的發明目的。
實施例2本實用新型的工作原理如下在讀數時，CPU控制發射電路，使5個發射管同時發光。發射管發出的光能否到達對應接收管，則靠碼道的位置決定。碼道做在字輪上，隨著字輪轉動而改變位置。這樣，當字輪處於不同位置時，碼道的位置也不同，被它擋住的光和透過它到達接收管的光也不一樣，從而使接收管呈現的狀態也不一樣。比如當字輪在顯示窗口的數字為「0」時，發射管A、B、D發出的光透過碼道到達A1，B1，D1接收管，而發射管C、E發出的光因被碼道擋住而無法達到C1、E1接收管，這樣，我們可以得到一個二進位編碼00101；當字輪在顯示窗口的數字為「1」時，發射管B發出的光透過碼道達到B1接收管，而發射管A、C、D、E發出的光因被碼道擋住而無法達到A1、C1、D1、E1接收管，這樣，我們可以得到一個二進位編碼10111；每個字輪有十個數字，分別對應10個編碼，為了確保精度，我們在兩個數字的中間增加一個編碼，這樣總共是20個編碼。通過設計，我們確保每個編碼都是唯一對應字輪上的一個位置。CPU根據編碼就可以識別出字輪的顯示窗口的數字，從而實現表具的直讀功能。
實施例3如圖5當發射控制信號為高電平時，三極體截止，發光管熄滅當發射控制信號為低電平時，三極體導通，發光管點亮。如圖6當光照強度足夠時，光敏三極體導通，則輸出低電平，當光照強度不夠時，光敏三極體截止，則輸出高電平。該電路一路的接收電路，每個字輪有五個和該圖一樣的接收電路，接收電路中的N1和發射電路中的D1對應，N2和D2對應，其餘類推。
實施例4本實用新型所適用的遠程系統的傳輸原理如下直讀傳感器的數據傳輸採用M-BUS總線方式通訊。
a.M-BUS(Meter-BUS，EN1434-3)是消費類儀表國際通行標準。其拓撲結構為樹型總線結構。採用普通的兩芯電纜連接，同時完成提供表計電源和數據通信的功能。
b.M-BUS總線在連接時不用區分極性，可按照任意拓撲結構布線施工，其施工成本和難度大大下降。
c.M-BUS總線的工作壓力為20V-30V，驅動能力達到300mA，通訊長度可達到100m，通訊速率為2400dps。一根總線可掛100塊以上的表計。
d.M-BUS總線具有良好的開放性，可與國外表計直接結構，如美國西門子熱量表，德國荷得魯美特熱量表。
實施例5本實用新型的主要技術參數如下1.基表規格及其基本參數產品規格 流量 最大流量最小流量 工作壓力範圍 工作環境溫度J2.5 2.5m3/h 4m3/h 0.025m3/h0.5-50kPa 0-40℃J44m3/h6m3/h 0.04m3/h 0.5-50kPa 0-40℃J66m3/h10m3/h0.06m3/h 0.5-50kPa 0-40℃2.表基計量誤差符合GB/T6968-1997中的規定。
機電信號轉換計量誤差≤±1m3壓力損失值≤200Pa。
最大直接遠傳距離1km。
工作電壓12V。
最大瞬時工作電流150mA。
系統平均功耗0.5W。
每次讀數時間小於1秒。
本實用新型採用直接讀表技術，徹底解決了傳統的脈衝計數方式的弊端。該技術直接讀取錶盤數字即「窗口值」，採集器內無需設置表底數、表常數等參數；無需存儲數據，不存在累計誤差，真正實現了「讀表」，結束了累計脈衝換數值的歷史。直讀式表內讀數裝置讀取表計位置參數，不影響表計本身計量精度。這種讀數裝置穩定可靠，抗幹擾能力強，環境適應能力強，徹底解決了脈衝表具在計量過程中因機械振動、電磁幹擾、電源影響、字輪倒轉等因素產生的「脈衝計量誤差」和「掉電脈衝丟失」等問題。本實用新型計量準確，由於不是脈衝表，不進行累加式計量，故不存在二次計量誤差，也不存在累計誤差，完美地實現了一次表基數與遠程抄表數據的一一對應。本實用新型真正做到了「無源」表計。表計的電子部分平時無須加電，只在讀表瞬間由採集器供電，內部不設電源，不存在傳統方式因電源或電池故障造成的漏計現象。本實用新型安裝容易，調試簡單；系統無須初始化；維護極為方便，維護的工作量極少。
權利要求1.一種直讀式數字計數表控制裝置，包括控制主模板、機械傳動控制裝置、光電轉換裝置(2)及表具(1)，控制主模板包括微處理器、電源模塊、通信模塊、非易失性存貯器；機械傳動控制裝置包括光電編碼發射裝置(7)、字輪(4)、光電編碼接收裝置(8)；其特徵在於微處理器與通信模塊連接，通過通信模塊接收主控上位機發出的抄表命令後，依次控制光電編碼發射裝置(7)點亮發射管(11)，各光源經由光柵變為近似平行光後通過字輪(4)，由光電編碼接收裝置(8)接收表具(1)讀數產生的信號，並將該信號讀數經過光電轉換裝置(2)轉換，保存到非易失性存儲器中，通過通信模塊上傳數據至主控上位機；非易失性存儲器同時保存該表具(1)的編碼；電源模塊同時分別為主控制模板、光電編碼發射裝置(7)和光電編碼接收裝置(8)提供工作電壓。
2.根據權利要求1所述的一種直讀式數字計數表控制裝置，其特徵在於所述的主控上位機即主控制計算機分別經多個數據集中器與多個控制主模板連接，可以帶多個數據集中器，所述的每個數據集中器分別與多組表具(1)連接控制。
3.根據權利要求1所述的一種直讀式數字計數表控制裝置，其特徵在於所述的光電編碼發射裝置(7)包括紅外或紅光發射管(11)和光電編碼發射控制電路(12)，各紅外或紅光發射管(11)在一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼接收裝置(8)中的紅外或紅光光敏元件(10)的位置相對應，且各紅外或紅光發射管(11)提供發射的平行光源相互不交叉；所述的光電編碼接收裝置8包括紅外或紅光光敏元件(10)和接收電路(13)，紅外或紅光光敏元件(10)在光照下呈低阻抗狀態，在無光下呈高阻抗狀態，且各紅外或紅光光敏元件(10)在同一個圓周平面內均勻分布，並與光電編碼發射裝置(7)中的紅外或紅光發射管(11)的位置相對應。
4.根據權利要求1所述的一種直讀式數字計數表控制裝置，其特徵在於所述的表具(1)包括字輪(4)、轉動軸(5)，字輪(4)之間有光電編碼器發射裝置(7)和光電編碼接收裝置(8)，字輪(4)上設有與光電編碼發射裝置(7)和光電編碼接收裝置(8)發射或接收的平行光對應的碼道(9)；所述的碼道(9)是位於字輪(4)上的呈條狀扇形的平行光通道，包括位於字輪(4)上轉動軸(5)孔兩側的兩個碼道(9)。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於水、電、氣等遠程抄表系統的能夠直接讀取和記錄讀數的計數表控制裝置，微處理器與通信模塊連接，通過通信模塊接收主控上位機發出的抄表命令後，依次控制光電編碼發射裝置點亮發射管，各光源經由光柵變為近似平行光後通過字輪，由光電編碼接收裝置接收表具讀數產生的信號，並將該該信號讀數經過機電轉換裝置轉換，保存到非易失性存儲器中，通過通信模塊上傳數據至主控上位機；本實用新型真正做到了「無源」表計；表計的電子部分平時無須加電，只在讀表瞬間由採集器供電，不存在傳統方式因電源或電池故障造成的漏計現象，且安裝容易，調試簡單；系統無須初始化；維護極為方便，維護的工作量極少。
文檔編號G01D13/00GK2689176SQ20042003340
公開日2005年3月30日 申請日期2004年3月26日 優先權日2004年3月26日
發明者趙勇, 雷新民, 劉 文, 謝木軍 申請人:成都金地光電科技有限公司