计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统.pdf

本发明涉及一种计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其控制系统的可靠性大大提高，能严格保证计量数据与采样数据的统一，不会出现数据偏差，结构简单，成本很低，并且功耗明显降低。本发明包括计数器中的显示字轮，字轮一侧设有同步轮，同步轮轮面上有四路光反射状态方格，相应设有四路发射光纤和四路对应的反射光纤，四路对应的反射光纤与对应的四只光电管连接，光电管与计算机连接，每个同步轮上设有一个相应的发光管，发光管有四路发射光纤集束连接。

1、  一种计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其特征在于：包括计数器中的显示字轮(3)，字轮(3)一侧设有同步轮(4)，同步轮轮面(5)上有四路光反射状态方格，相应设有四路发射光纤(2)和四路对应的反射光纤(1)，四路对应的反射光纤(1)与对应的四只光电管(6)连接，光电管(6)与计算机连接。

2、  根据权利要求1所述的计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其特征在于：所述每个同步轮(4)上设有一个相应的发光管(7)，发光管(7)有四路发射光纤(2)集束连接。

3、  根据权利要求2所述的计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其特征在于：所述同步轮(4)直接与字轮(3)连接。

4、  根据权利要求2所述的计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其特征在于：所述同步轮(4)设于字轮(3)棘轮上方。

计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统
一、技术领域：
本发明涉及一种计量仪表的采集系统，尤其是涉及一种计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统。
二、背景技术：
传统的计量仪表(包括煤气表、水表、电表、热能表等)的计量数据的采集是靠人工抄表计数器值来实现。随着微电子技术的发展，出现了电子与机械仪表结合的控制器，利用IC卡或远传集抄来控制仪表的计量数据。这种控制器的采样原理是一种动态随机信号的被动采集系统，这种系统广泛应用的是利用仪表的转动部件，采用磁感应传感器采样的方法。当仪表转动时，转动部件上的磁钢与传感器(舌簧管、霍尔元件)接近时，传感器的通断状态发生变化，使其电平信号输入CPU，按一个脉冲为一固定计量单位数据运算与存储。根据上述原理制作的控制器存在着一系列不足之处，主要包括：1、由于采集的是动态随机信号，控制器的软件及系统处于高几率的运动之中。这种长年累月连续的动态采样过程，对控制器系统要求有极高的可靠性，但作为民品及控制价格的要求，此控制系统的可靠性不可能太高。因此在实际应用中，售后服务量大，用户对产品的信誉度不高；2、保证计量数据采样的准确性技术难度大，一旦系统数据出现偏差则无法补偿；3、采样系统易受干扰及攻击；4、功耗较大，计量仪表控制大多使用电池供电，需要经常更换电池。上述问题的存在在一定程度上影响了现有控制技术的控制仪表的推广使用。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其控制系统的可靠性大大提高，能严格保证计量数据与采样数据的统一，不会出现数据偏差，结构简单，成本很低，并且功耗明显降低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种计量仪表控制器光纤传输静态信号的定时扫描采集系统，其特殊之处在于：包括计数器中的显示字轮，字轮一侧设有同步轮，同步轮轮面上有四路光反射状态方格，相应设有四路发射光纤和四路对应的反射光纤，四路对应的反射光纤与对应的四只光电管连接，光电管与计算机连接。
上述每个同步轮上设有一个相应的发光管，发光管有四路发射光纤集束连接。
上述同步轮直接与字轮连接。
上述同步轮设于字轮棘轮上方。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明控制系统的可靠性大大提高。因为系统长期处于休眠状态，若以每月采集一次数据，每次100ms为例，年工作时间为36S，仪表寿命若以10年计算，总计工作时间为6分钟，与现在广泛应用的控制系统相比，工作时间减少了几十万倍，因此可能出现故障的几率极小，这是这一系统的最大优势；
2、本发明能严格保证计量数据与采样数据的统一，不会出现数据偏差。因为数据状态的采集只与静态同步轮位置有关，只要保证同步轮的机械结构尺寸误差，就保证了信号采集的要求；
3、结构简单，成本低。由于只需四只普通的符合光波长要求的光电管及同步轮数的一定波长的发光管和塑料光纤束，因此价格很低；
4、本发明功耗很低，可大大延长电池使用寿命，甚至可实现仪表全寿命免换电池。因系统长时间处于休眠状态，静态电流小于2μA，因此计算10年总耗电约90mAh，再加上工作电流计100mA，日100mAS计，10年约10mAh，控制耗电总计为100mAh，因此选用1.5Ah的Limn电池完全可长期使用；
5、本发明安全性高，外界无法对采样系统进行攻击和干扰，保证了数据的高准确度；
6、本发明控制系统本身具有可分时分段计费功能。因为用电、用气都有高峰及低峰使用段，为保证供电、供气的平衡，常采用高低峰期分时分段计费。本系统因是定时采样，所以可以通过IC卡对CPU的定时进行设置，可分时段对计量数值扫描取值运算；
7、本发明用于远传集抄控制系统时，通常计量仪表的采集口可完全不用带电工作，只有采样瞬间由系统控制瞬间带电工作；
四、附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中同步轮的安装示意图。
图3为本发明中同步轮的另一安装示意图。
图4为本发明中光电管的二进制状态图。
五、具体实施方式：
本发明的原理：人工抄表是人对计量仪表计数器所显示的静态数据的采集。当计数器轮面所显示的字母按其位置及顺序全部改成可判断的二进制状态方格，方格分有反光面及吸光面，当一束光照上方格时可出现反射光或无反射光，将这种状况传到光电管上即可确定光电管状态。若有四路确定状态的光电管输出即可由CPU认定此字母数值。计数器由数值字轮组成以显示各位数值，若每位都有四条光束输出通过轮面状态反射，有四路状态光输出，即可认出计数器逐位数据。
为了使计数器仍能向用户显示数据，以便与控制器采集数据对比，所以计数器仍保留原显示字轮，但要增加每位一个同步轮，同步轮轮面有四路光反射状态方格，反光面为光标，吸光面为黑面。参见图2，原字轮面加大轴向尺寸，同步轮直接将状态印于轮面一侧。这种结构增大了计数器的轴向尺寸，但同步轮与字轮一体，全部同步，且径向尺寸小。参见图3，在原字轮棘轮上方加一同样尺寸的同步轮，在轮面印反光状态方格。计数器架后端作成弧面且按角度顺序相对同步轮面每路光标位置安装四路发射光纤及相对应的反射光纤。这样计数器上的每个同步轮上将有四路入射光的发射光纤及四路反射光的反射光纤。整个计数器的所有同步轮的发射光纤或反射光纤将集束成如图1所示地一个网络。
参见图1，包括计数器中的显示字轮，字轮一侧设有同步轮4，同步轮轮面5上有四路光反射状态方格，相应设有四路发射光纤2和四路对应的反射光纤1，四路对应的反射光纤1与对应的四只光电管6连接，光电管6与计算机连接，每个同步轮4上设有一个相应的发光管7，发光管7有四路发射光纤2集束连接。当CPU控制板被定时唤醒，采集计量数据，CPU发出指令，发光管D1接通发光，光从4根发射光纤2将光传导到同步轮A1面上，同步轮A1面上的4种状态的电信号通过反射光纤1传导到光电管VD1、VD2、VD3、VD4。光电管6将4种状态的电信号传输到CPU运算并存储。第一个过程完成后，发光管D1断，CPU又发出第二个指令发光管D2接通发光，如上光电管6将第二个同步轮数据传入CPU，依次类推，CPU就完成对所有位同步轮数据信息的采集。以上结构，如果有n位计量计数数字，将有n个同步轮及对应的n个发光管，每个发光管7有4根发射光纤2，每个光电管6有n根光纤集束连接。参见图4，光电管VD1、VD2、VD3、VD4分别代表二进制的4位状态。
本发明的特点包括：1、CPU对发光管按时序扫描(发指令)，且光电管按时序将信息传输到CPU；2、结构简洁，每个同步轮(字位)只有一个发光管，并且全部接收与输出只有4只光电管；3、将对应每个同步轮在二进制位置的光纤n根集束到光电管上，每一时序只有一根光纤对光电管状态有效；4、每个发光管里集束4根光纤。
实际工作时，CPU平时处于休眠状态年，只有时钟仍在工作，系统的静态电流小于2μA。当定时到，唤醒CPU进入采样程序，首先CPU向发光管D1发指令接通，发光管D1瞬间发光，通过四路发射光纤2将入射光照到同步轮4的相应位置的反射面上，这样有光标的方格点将反射的光传入反射光纤使光电管6状态改变，由0→1(高电平)，并且同时传入CPU。如果入射光照到黑面上即无反射光，相应的光电管6状态仍保持0(低电平)，并且同时传入CPU。当CPU对四路数据全部采集完后，即将数据送入存储器，同时向发光管D2发出指令接通，重复以上工作过程，直到向Dn发指令完成后，CPU对采集的计量数据进行运算、存储。全部工作时间小于100ms，然后CPU又进入休眠状态，按时序等待下一个工作周期。