一种仪表读数编码字轮装置及其编码方法 技术领域 本发明涉及一种计数器编码字轮的编码装置及其方法， 尤其是水表、 电表和燃气 表领域的计数器光电编码字轮的编码装置及其方法技术领域。
背景技术 近年来， 光电编码的计数器读数字轮已经逐渐应用于远传水表、 远传气表等相关 计量仪表中， 通过光电编码技术把圆周端面上的人工读数字符转换为光电信号编码， 即把 人工读数转化为电子读数。但由于光电编码字轮旋转一周所产生的编码个数过少、 分辨率 过低或均匀度较差， 导致计数器字轮在联动进位时， 容易产生读数错误事故。如现有技术 的读数编码字轮通过轴依次串在一起固定在支架上， 进位拔字轮通过轴依次串在一起固定 在支架上， 主电路板安装于支架下方， 光发射电路片和光感应电路片安装于主电路板上， 并 平行于读数编码字轮的侧面插装于读数编码字轮之间 ； 读数编码字轮的圆周端面上间隔 36°依次均匀分布着 “0” ～ “9” 十个可供人工目视读取的数字字符 ； 在字轮的一侧、 圆周 端面附近均匀分布有 20 个进位丛动齿 ； 在字轮另一侧、 圆周端面附近间隔 18°分布有 2 个 进位主动齿 ； 在字轮的中心分布着一个轴心孔， 比如 ： 当水表用水量由 199 过渡到 200 附近 时， 很有可能误读为 299 或 100。 为了解决这种问题， 就只能频繁读取仪表数据， 并结合实际 情况通过软件判断来产生实际计量数据。如果由于其它原因导致抄收频度不足， 则及有可 能造成数据误读， 带来不必要的麻烦和损失。
发明内容
本发明的目的是发明一种仪表读数字轮的编码装置及其编码方法， 实现水表、 电 表和燃气表的数据远传。通过使用本发明改造过的水表、 电表或燃气表即可以通过人工目 视编码字轮读取数据， 也可以通过编码字轮及相关电子系统把字轮读数远传到上位抄收平 台或数据中心服务器。
本发明的技术方案如下 ：
一种仪表读数编码字轮装置， 包括支架、 读数编码字轮、 读数字轮轴、 进位拔字轮、 拔字轮轴、 主电路板、 光发射电路片、 光感应电路片 ； 在读数编码字轮的侧面设置有四个与 读数字轮轴心同心的圆弧透光孔槽， 这些圆弧透光孔槽由两层构成， 其中， 第一层的三个圆 弧透光孔槽均处在以读数字轮轴心为圆心， 半径为 R 的同心圆周上， 第二层的一个圆弧透 光孔槽处于与读数字轮轴心同心且半径为 r 的同心圆周上， 其中， R ≠ r， 既可以 r ＞ R， 也 可以 r ＜ R ； 第一层透光孔槽的圆弧角度均为 60°， 并且任意相邻两个圆弧透光孔槽之间的 间隔角度也是 60°， 第二层透光孔槽的圆弧角度是 180°； 插装于读数编码字轮之间的光发 射电路片的每面安装有八只光发射管， 插装于读数编码字轮之间的光感应电路片的每面安 装有八只光接收管， 每只光发射管正对一只光接收管， 构成两层光电传感器 ； 第一层光电传 感器安装于与读数字轮轴心同心， 半径为 R 的圆周上， 并且每相邻的光电传感器之间的间 半径为 r 的圆周 隔角度均为 36°或 72° ； 第二层光电传感器安装于与读数字轮轴心同心，上， 并且每相邻的光电传感器之间的间隔角度为 50°～ 75°。
一种利用仪表读数编码字轮装置的编码方法， 将读数字轮的第一层圆弧透光孔槽 与其同轴心、 同半径圆周上的第一层光电传感器构成第一层角度编码器， 字轮每旋转 12° 产生一个编码， 旋转完一周共产生 30 个编码， 该 30 个编码依次可平分为 3 段， 每段由 10 个 唯一编码构成， 并且该 3 段的编码也完全相同， 即字轮旋转一周， 光电传感器将产生 3 组完 全相同的编码， 若每个编码冠以一个逻辑编码值， 当字轮旋转一周， 即可产生类似 “0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9”的逻辑编码值 ； 将读数字 轮的第二层圆弧透光孔槽与其同轴心、 同半径圆周上的第二层光电传感器构成第二层角度 编码器， 当字轮旋转一周， 可产生 6 个唯一的编码， 当每相邻的光电传感器之间的间隔角度 为 60°时， 所产生的 6 个编码值所对应的角度均为 60° ； 当每相邻的光电传感器之间的间 隔角度为 72°时， 所产生的 6 个编码值所对应的角度分别为 72°、 72°、 36°、 72°、 72°、 36° ； 通过把第一层和第二层的角度编码器所产生的编码值按照一定的规则进行组合， 即 可实现字轮每旋转 12°产生一个唯一的编码， 这样， 每 3 个编码即可对应字轮圆周端面上 “0” ～ “9” 之间的一个数字。
当需要读取仪表电子数据时， 电路首先开启光发射管， 光发射管随即射出光线 ( 根据光发射管的类型不同， 即可产生可见光， 也可产生非可见光 )。这些光线或者通过读 数编码字轮上的圆弧透光孔槽射到读数编码字轮对面的光接收管上， 光接收管受到光的照 射后产生相应的编码， 假设为 1 ； 或者被读数编码字轮的侧面未开透光孔槽的地方档住， 而 无法发射到对面与其配对的光接收管上， 光接收管就会因为无法接收到对面发射过来的光 线而产生另一种编码， 假设为 0。 于是当光电传感器位置固定不动， 而读数编码字轮围绕其轴心相对于光电传感器 旋转时， 就会产生一些不同的编码以指示读数编码字轮旋转的角度。在进行光电编码过程 中， 先根据圆弧透光孔槽的层次按两个角度编码器分别进行编码， 再根据一定的规则把两 个角度编码器的输出码值进行组合， 即可形成整个读数编码字轮的角度编码。具体做法如 下：
读数编码字轮的第一层圆弧透光孔槽与其同轴心、 同半径圆周上的第一层光电传 感器构成第一层角度编码器。字轮每旋转 12°产生一个编码， 旋转完一周共产生 30 个编 码， 该 30 个编码依次可平分为 3 段， 每段由 10 个唯一编码构成， 并且该 3 段的编码也完全 相同， 即读数编码字轮旋转一周， 光电传感器将产生 3 组完全相同的编码， 若每个编码冠以 一个逻辑编码值， 当字轮旋转一周， 即可产生类似 “0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9” 的逻辑编码值。
读数编码字轮的第二层圆弧透光孔槽与其同轴心、 同半径圆周上的第二层光电传 感器构成第二层角度编码器。当字轮旋转一周， 可产生 6 个唯一的编码， 当第二层光电传 感器之间的相邻间隔角度为 60°时， 所产生的 6 个编码值所对应的角度均为 60° ； 当第二 层光电传感器之间的相邻间隔角度为 72°时， 所产生的 6 个编码值所对应的角度分别为 72°、 72°、 36°、 72°、 72°、 36°。
通过将上述所述的角度编码器所产生的编码值按照一定的规则进行组合， 即可实 现字轮每旋转 12°产生一个唯一的编码， 这样， 每 3 个编码即可对应字轮圆周端面上 “0” ～ “9” 之间的一个数字。
本发明的有益效果如下 ：
1、 通过本发明方法的水表、 电表或燃气表即可以通过人工目视读取仪表数据， 也 可以通过电子系统读取仪表数据。
2、 由于本发明的仪表读数字轮编码方法的分辨率为 30， 且均匀度最佳， 可实现字 轮每旋转 12°产生一个新编码， 而每个人工读数的数字对应为 36°角。所以每个人工读数 数字对应 3 个编码， 可分别定义为读数进入区、 读数稳定区和读数离开区。通过对这三个区 的分析， 很容易解决计数器编码字轮联动进位时所带来的数据误读问题， 实现了真正的数 据直读。
3、 通过本发明改造过的水表、 电表或燃气表可以实现无源抄收。因为仪表本身并 不包含电池单元， 所以减少了仪表的维护量。
下面结合附图及实施例进一步阐述本发明内容。 附图说明
图 1 为本发明装置结构示意图 ； 图 2 为读数编码字轮结构示意图 ； 图 3 为读数编码字轮编码结构示意图 ； 图 4 为光电传感器位置分布示意图 ； 图 5 为逻辑编码分布示意图。具体实施方式
如图 1、 图 2， 首先， 本发明实施例把现有的读数编码字轮 2 通过读数字轮轴 3 依次 串在一起固定在支架 1 上， 进位拔字轮 4 通过拨字轮轴 5 依次串在一起固定在支架 1 上， 主电路板 6 安装于支架 1 下方， 光发射电路片 7 和光感应电路片 8 安装于主电路板上， 并 平行于读数编码字轮的侧面插装于读数编码字轮之间 ； 读数编码字轮 2 的圆周端面 9 上间 隔 36°依次均匀分布 “0” ～ “9” 十个可供人工目视读取的数字字符 ； 在读数编码字轮的一 侧、 圆周端面附近均匀分布 20 个进位丛动齿 10 ； 在读数编码字轮另一侧、 圆周端面附近间 隔 18°分布 2 个进位主动齿 11 ； 在字轮的中心有轴心孔 12。
如图 3， 在读数编码字轮 2 的侧面 ( 即轮辐面 ) 制作与读数编码字轮轴心同心的 圆弧透光孔槽四个， 这些圆弧透光孔槽由两层构成。其中， 第一层的三个圆弧透光孔槽 13、 14、 15 均处在以字轮轴心为圆心， 半径为 R 的同心圆周上， 第二层的一个圆弧透光孔槽 16 则 处在与字轮轴心同心且半径为 r 的同心圆周上。其中， r ≠ R， 既可以 r ＞ R， 也可以 r ＜ R。 同时， 透光孔槽 15 与透光孔槽 16 之间的重叠角∠ a ＝ 6°。透光孔槽 13 的边沿 17 正对着 读数编码字轮圆周端面上的数字 “9” 。
如图 4， 另外， 插装于读数编码字轮 2 之间的光发射电路片 7 的每面安装有八只光 发射管。插装于读数编码字轮 2 之间的光感应电路片 8 的每面安装有八只光接收管。本实 施例中， 光发射管选用红外发光二极管， 光接收管选用红外光敏三极管。 每只光发射管正对 着一只光接收管， 它们共同构成光电传感器。第一层光电传感器 18、 19、 20、 21、 22 安装于与 字轮轴心同心， 半径为 R 的圆周上， 并且每相邻的光电传感器 18、 19、 20、 21、 22 之间的间隔 角度均为 36°。第二层光电传感器 23、 24、 25 安装于与字轮轴心同心， 半径为 r 的圆周上，并且每相邻的光电传感器 23、 24 和 25 之间的间隔角度为 72°。同时， 光电传感器 18 和 23 之间相对字轮轴心的夹角∠ b ＝ 18°。
当需要读取仪表电子数据时， 电路首先开启光发射管， 光发射管随即射出光线。 这 些光线或者通过读数编码字轮上的圆弧透光孔槽射到读数编码字轮对面的光接收管上， 光 接收管受到光的照射后产生相应的编码， 假设为 1 ； 或者被编码字轮的侧面未开透光孔槽 的地方档住， 而无法发射到对面与其配对的光接收管上， 光接收管就会因为无法接收到对 面发射过来的光线而产生另一种编码， 假设为 0。于是当光电传感器位置固定不动， 而编码 字轮围绕其轴心相对于光电传感器旋转时， 就会产生一些不同的编码以指示编码字轮旋转 的角度。
当编码字轮旋转一周， 第一层角度编码器的编码情况如表一所示。表一中， “逻辑 编码” 字段为物理编码的唯一对应值， 该值目的只为便于观察和分析。 “旋转角度” 字段为 对应记录中的编码值所处的角度范围。 “光电传感器物理编码” 字段为每个相关光接收管的 光感应情况。该字段下的细分字段代表光电传感器编号。其值为 “1” 表示接收到光发射管 发出的光， 为 “0” 表示未接收到光发射管发出的光。
表一第一层角度编码器编码值
同样， 当编码字轮旋转一周， 第二层角度编码器的编码情况如表二所示 ： 表二第二层角度编码器编码值
通过把以上两组编码值组合到一起， 并按照表四所列规则进行判断， 即可得出字 轮编码值 ( 把两层角度编码器组合成一个整体的角度编码器的编码值， 即整个字轮最终的 编码值 )。 为了观察和分析之便把其对应到字轮逻辑编码值， 字轮逻辑编码值由两个数字构 成， 左边一个数字为高位数字， 右边一个数字为低位数字， 每一位数字都由 0 ～ 9 之间的一 个数字构成。很容易看出 ： 字轮每旋转 12°可对应产生一组唯一编码。旋转一周， 正好是 30 个编码。具体情况如表三所示。
表三编码字轮的编码值 字轮逻辑编码 00 01 02 03 04 05 06 旋转角度 12° 12° 12° 12° 12° 12° 12° 字轮逻辑编码 15 16 17 18 19 20 21 旋转角度 12° 12° 12° 12° 12° 12° 12°
8CN 101901370 A说07 08 09 10 11 12 13 14 12° 12° 12° 12° 12° 12° 12° 12°明22 23 24 25 26 27 28 29书12° 12° 12° 12° 12° 12° 12° 12°7/9 页
表四编码组合规则表
当编码字轮旋转一周， 本实例的两层角度编码器所输出的编码如图四所示。外圈 中所示数字为第一层角度编码器的逻辑编码值， 它们依次是 “0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9” 。内圈中所示为第二层角度编码器的逻辑编码 值， 它们依次是 “A、 B、 C、 D、 E、 F” 。
如图 5， 显而易见， 第一层角度编码器的逻辑编码值分为重复的三段， 编号依次为 P、 T、 X。每一段的逻辑编码值均是 “0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9” 。首先规定与第二层角度编码器 的逻辑编码值为 “A、 B” 重叠角度最多的一段 ( 即 P 段 ) 的字轮逻辑编码的高位为 “0” ； 与 第二层角度编码器的逻辑编码值为 “C、 D” 重叠角度最多的一段 ( 即 T 段 ) 的字轮逻辑编码 的高位为 “1” ； 与第二层角度编码器的逻辑编码值为 “E、 F” 重叠角度最多的一段 ( 即 X 段 ) 的字轮逻辑编码的高位为 “2” ； 而字轮逻辑编码的低位则为第一层角度编码器的编码值。 于是， 当字轮旋转一周， 所输出的字轮逻辑编码值即为 “00、 01、 02、 03、 04、 05、 06、 07、 08、 09、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 29” ， 一共 30 个编码， 每 个编码占了 12°
下面以分析表四中的第一条规则为例说明表四所述编码组合规则的原理。 假设当 前第二层角度编码器的逻辑编码值为 “A” ， 如果第一层角度编码器的逻辑编码值为 0 ～ 6， 则因为， 在第一层角度编码器的 3 段编码中， 逻辑编码值 0 ～ 6 离第二层角度编码器的逻 辑值 “A” 最近的一段是 P 段。所以， 字轮逻辑编码值的高位数字为 0， 字轮逻辑编码值即为 00 ～ 06。 同样， 假设当前第二层角度编码器的逻辑编码值为 “A” ， 如果第一层角度编码器的 逻辑编码值为 7 ～ 9， 则因为在第一层角度编码器的 3 段编码中， 逻辑编码值 7 ～ 9 离第二 层角度编码器的逻辑值 “A” 最近的一段是 X 段。所以， 字轮逻辑编码值的高位数字为 2， 字 轮逻辑编码值即为 27 ～ 29。同理可证明其它组合规则。
最后， 由于制作精度等原因， 圆弧透光孔槽和光电传感器的位置角度误差范围可 在正负 3°之内。 同时， 除上述实施例外， 本发明还可以有其它实施方案， 凡采用等效变换方 案均属于本发明保护范畴之内。另外， 本发明侧重于编码结构， 除光电传感之外， 还可以有 其它接近开关或接触开关类传感方式。