專利名稱：遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪及其集成傳感器讀碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種專用于遠(yuǎn)傳計(jì)量水表、電表、煤氣表等的遠(yuǎn)傳表計(jì)數(shù)字輪及其集成傳 感器讀碼裝置，特別是一種在與一維角度對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的攜帶寬度量值第二維編碼信息的 遠(yuǎn)傳表計(jì)"角度加寬度"二維編碼數(shù)字輪，及采用該遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪進(jìn)行讀碼的 集成傳感器讀碼裝置。
背景技術(shù)：
目前，水表、電表、煤氣表等表計(jì)的傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)隨著電子數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展， 其十進(jìn)制機(jī)械轉(zhuǎn)輪式計(jì)數(shù)器正在逐漸被機(jī)電一體化的應(yīng)用于遠(yuǎn)傳表計(jì)的編碼字輪光電直 讀裝置所替代。據(jù)相關(guān)專利文獻(xiàn)介紹，如公告號(hào)為CN2641731Y的"用于計(jì)量表內(nèi)計(jì)數(shù)器 上的字輪"、公告號(hào)為CN1236281C的"機(jī)械字輪電子數(shù)字化方法及其無源自動(dòng)抄表系統(tǒng)"、 公告號(hào)為CN2747541Y的"表計(jì)機(jī)械計(jì)數(shù)器字輪彩色條形編碼及數(shù)字電信號(hào)輸出裝置"、公 開號(hào)為CN1835002A的"一種機(jī)械字輪計(jì)數(shù)器非接觸讀數(shù)傳感器及設(shè)計(jì)方法"等文獻(xiàn)中，都 公開了相應(yīng)的編碼字輪及其直讀裝置。這些編碼字輪的光電直讀裝置可分為脈沖和光電直 讀二類。其中脈沖類表計(jì)因需要持續(xù)供電，斷電后需重新設(shè)置初始值，故應(yīng)用的較少。而 光電直讀類表計(jì)由于平時(shí)不供電，只在抄表瞬間供電，并且是直接讀取字輪數(shù)字，不需設(shè) 置初始值，所以得到推廣應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)有的表計(jì)光電直讀裝置按其編碼和光路結(jié)構(gòu)形式主要分為以下類型即軸
向透射型、徑向反射型、徑向光纖反射型和徑向透射型。以上類型雖然結(jié)構(gòu)各異，但它們
的編碼方式都屬于"角度一維編碼"，即在編碼字輪圓周數(shù)字O起點(diǎn)的不同角度的字碼 位置上，僅加工有對(duì)于光電傳感器具有"亮"和"暗"差別的編碼點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)光照射到編碼字 輪的字碼時(shí)，接收器只能讀取并輸出"1"或"0"的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。如果在編碼字輪圓周的 四個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)可以同時(shí)讀取二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，那么就能通過譯碼算法，計(jì)算出編碼字輪 當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，換算出編碼字輪上對(duì)應(yīng)的數(shù)字。這類"角度一維編碼"有一定的優(yōu)點(diǎn)即 采用1或0的數(shù)字信號(hào)模式，信噪比高；但存在的缺點(diǎn)是1、需要在編碼字輪圓周需設(shè) 置至少四個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)，故使用檢測(cè)器件較多、造價(jià)較高；2、在編碼字輪圓周的多個(gè)檢 測(cè)點(diǎn)分布的總角度大于72度，故光電直讀裝置的體積大，加工難度也大；3、由于讀碼點(diǎn) 多，不僅導(dǎo)致光電直讀裝置的編碼算法復(fù)雜，而且無法解決對(duì)于電源電路產(chǎn)生的電壓波動(dòng)、 干擾噪聲以及在使用過程中的傳感元件老化和對(duì)"亮"、"暗"編碼點(diǎn)表面的污染等不良環(huán)境 條件對(duì)讀、譯碼結(jié)果的影響，所計(jì)算出的有干擾的數(shù)值準(zhǔn)確度就很難達(dá)到理想的要求。因此，現(xiàn)有編碼字輪及編碼方法有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
為了解決"角度一維編碼"數(shù)字輪帶來的上述問題，本發(fā)明人曾設(shè)計(jì)出一種專利申請(qǐng)?zhí)?為200810228004.X的"遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼字輪光電直讀裝置"。其中，編碼字輪的結(jié)構(gòu)采 用了一種"角度加亮度"的二維編碼字輪，即在字輪的圓柱面的左側(cè)設(shè)置帶有零級(jí)至九級(jí) 離散數(shù)字量值或連續(xù)模擬量值的編碼條，并利用其獨(dú)特的具有自動(dòng)調(diào)整校準(zhǔn)功能的直讀裝 置完成其讀碼功能。其結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，造價(jià)較低，讀數(shù)準(zhǔn)確，利用"角度加亮度" 的二維編碼字輪，較好地解決了現(xiàn)有"角度一維編碼"數(shù)字輪存在的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種在與一維角度對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的攜帶寬度量值第二維編 碼信息的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪及其集成傳感器讀碼裝置，從根本上解決現(xiàn)有攜帶"角 度一維編碼"信息的遠(yuǎn)傳表計(jì)數(shù)字輪的讀碼裝置使用檢測(cè)器件較多、體積大、編碼復(fù)雜、 讀碼干擾因素較多的難題，與現(xiàn)有使用分立光電器件制作的讀碼裝置相比，它具有體積小、 價(jià)格低、功耗少、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪包括設(shè)置在編碼數(shù)字輪黑色 襯底的外圓周面上的編碼條，其技術(shù)要點(diǎn)是所述編碼條為寬度階梯編碼條，所述寬度階 梯編碼條設(shè)置為淺色的十段等差階梯寬度編碼或十段奇偶階梯寬度編碼，所述編碼數(shù)字輪 的外圓周面上對(duì)應(yīng)所述寬度階梯編碼條均勻排列紅色數(shù)字0 9。
所述遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪的集成傳感器讀碼裝置包括表計(jì)支架和固定其上的字 輪軸、組裝在字輪軸上的多位編碼數(shù)字輪及讀碼器，其技術(shù)要點(diǎn)是所述讀碼器的讀碼譯 碼電路板上封裝與所述字輪軸平行的集成寬度傳感器，所述集成寬度傳感器的工作面上對(duì) 應(yīng)多位所述編碼數(shù)字輪的所述寬度階梯編碼條設(shè)置多個(gè)傳感器段，每個(gè)所述傳感器段設(shè)置 一行多列發(fā)光單元，并對(duì)應(yīng)所述發(fā)光單元設(shè)置一行多列接收單元，所述發(fā)光單元之間、發(fā) 光單元與所述接收單元之間、接收單元之間均設(shè)置光電隔離層。
所述集成寬度傳感器連接著所述讀碼譯碼電路板上設(shè)置的串行開關(guān)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及其產(chǎn)生的積極效果是由于本發(fā)明釆用的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪是 在與一維角度對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有攜帶寬度量值第二維編碼信息，即在該編碼數(shù)字輪的黑色襯 底的外圓周面上設(shè)置淺色寬度階梯編碼條，并對(duì)應(yīng)寬度階梯編碼條均勻排列紅色數(shù)字0 9，形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的"角度加寬度"的二維編碼方式，所以它是和現(xiàn)有的"角度一 維編碼"完全不同的，它能在對(duì)應(yīng)數(shù)字輪某角度一維位置，直接表達(dá)"寬度量值"的第二 維信息。這是和本發(fā)明的半導(dǎo)體集成寬度傳感器配套使用的專用先進(jìn)編碼方式。集成寬度 傳感器的工作面上對(duì)應(yīng)多位編碼數(shù)字輪的寬度階梯編碼條設(shè)置多個(gè)傳感器段，接收"寬度 量值"的第二維信息，通過讀碼譯碼電路板的串行開關(guān)與讀碼譯碼電路連接，讀取"寬度量值"的第二維信息，最后譯成寬度編碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。采用半導(dǎo)體集成技術(shù)加工制作的專用半導(dǎo)體集成光電器件，是和二維寬度編碼配套使用的專用傳感器。這種半導(dǎo)體集成傳感器和現(xiàn)有使用分立光電器件制作的讀碼傳感器器相比，它有體積小、價(jià)格低、功耗少、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。它從根本上解決現(xiàn)有遠(yuǎn)傳表計(jì)分立器件讀碼裝置使用檢測(cè)器件較多、體積大、編碼復(fù)雜、讀碼干擾因素較多的難題，半導(dǎo)體集成傳感器必將像電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等電器中的集成電路一樣，徹底取代現(xiàn)有的分立器件讀碼器。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明的帶有等差階梯寬度編碼的編碼數(shù)字輪的柱面展開圖。
圖2是本發(fā)明的帶有奇偶階梯寬度編碼的編碼數(shù)字輪的柱面展開圖。
圖3是本發(fā)明的讀碼裝置的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3沿A-A線的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的集成寬度傳感器的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的電路原理圖。
圖中序號(hào)說明l編碼數(shù)字輪、2寬度階梯編碼條、3紅色數(shù)字、4字輪軸、5集成寬度傳感器、6讀碼譯碼電路板、7傳感器段、8工作面、9發(fā)光單元、IO接收單元、11光電隔離層、12串行開關(guān)、13CPU、 14脈沖計(jì)數(shù)器、15存儲(chǔ)器、16穩(wěn)壓器、17數(shù)據(jù)接口、18等差階梯寬度編碼、19奇偶階梯寬度編碼。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1 6詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪采用了在與一維角度對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有攜帶寬度量值第二維編碼信息的全新結(jié)構(gòu)，該遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪所用的集成傳感器讀碼裝置，由表計(jì)支架(圖中未示出)和固定其上的字輪軸4、組裝在字輪軸4上的多位編碼數(shù)字輪1、固定在表計(jì)支架上的由集成寬度傳感器5構(gòu)成的讀碼器及讀碼譯碼電路等組成。該遠(yuǎn)傳表計(jì)的計(jì)數(shù)器即由多位同軸的編碼數(shù)字輪1組成。
其中該遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪包括設(shè)置在編碼數(shù)字輪1黑色襯底的外圓周面上的
編碼條，編碼條為淺色的寬度階梯編碼條2，寬度階梯編碼條2設(shè)置為淺色的十段等差階梯寬度編碼18或十段奇偶階梯寬度編碼19。即在編碼數(shù)字輪1圓柱面的左側(cè)，加工出一條淺色的十個(gè)階梯矩形編碼條。每個(gè)編碼條的高度為字輪周長(zhǎng)的1/10，十級(jí)階梯的各編碼條寬度級(jí)數(shù)X3X傳感器分辨精度，例如9X3X25. 4毫米/600=1. 143毫米。編碼數(shù)字輪1的外圓周面上對(duì)應(yīng)寬度階梯編碼條2均勻排列0 9十個(gè)紅色數(shù)字3，如圖5、圖6所示，等差階梯寬度編碼18的級(jí)數(shù)，按0-9順序排列，奇偶階梯寬度編碼19的級(jí)數(shù)，按
50、 2、 4、 6、 8、 9、 7、 5、 3、 1奇偶排列。由于黑色襯底和紅色數(shù)字3的顏色有很大差別，所以便于目測(cè)讀表；同時(shí)它們對(duì)發(fā)光二極管綠、蘭單色光的反射率都很低，和淺色的寬度階梯編碼條2有很大的反射亮度差別，適合光電分辨要求。另外，紅色數(shù)字3中0的起始位置，應(yīng)由讀碼器位置角度決定。例如采用180度讀碼點(diǎn)，數(shù)字起點(diǎn)O應(yīng)位于最明、最暗編碼條交界線的180度處。編碼數(shù)字輪1的其它傳動(dòng)和進(jìn)位等機(jī)械結(jié)構(gòu)和通用字輪相同。
讀碼器的讀碼譯碼電路板6上封裝與字輪軸4平行的集成寬度傳感器5，封裝方向與電路板面平行，可長(zhǎng)期防水、絕緣防漏電。其光學(xué)軸線指向字輪軸線。集成寬度傳感器5采用和通用CIS或LIDE器件相似的光電集成器件工藝，但其具有以下特殊要求如圖5所示，集成寬度傳感器5的工作面8上對(duì)應(yīng)多位編碼數(shù)字輪1的寬度階梯編碼條2設(shè)置多個(gè)傳感器段7。工作面8與編碼數(shù)字輪1之間的距離極小，大約<0.2毫米，為非接觸配合。各"傳感器段寬"=字輪位置誤差+編碼條最大寬度+字輪精度誤差，例如0.2+1.3+0.2=1.7毫米。傳感器段7之間的各"間隔段寬"=字輪寬度+字輪安裝間隙-"傳感器段寬"。例如5.2+0.1-1.7=3.6毫米，或7.5+0.1-1.7=5.9毫米。集成寬度傳感器5的總寬度等于多位編碼數(shù)字輪組的總寬度。每個(gè)傳感器段7設(shè)置一行多列發(fā)光單元9并行同時(shí)發(fā)光.，并對(duì)應(yīng)發(fā)光單元9設(shè)置一行多列接收單元10，每個(gè)接收單元10的寬度由傳感器分辨精度決定，應(yīng)達(dá)到相當(dāng)于掃描儀600DPI的分辨率。發(fā)光單元9之間、發(fā)光單元9與接收單元10之間、接收單元10之間均設(shè)置光電隔離層11，即在發(fā)光行和接收行之間設(shè)有光學(xué)隔離層，能防止發(fā)光單元的光直接照射到接收單元的表面。每列之間設(shè)有電氣隔離層，能絕緣并防止串?dāng)_。此處，集成寬度傳感器5采用低價(jià)位工控芯片的總線形式，在直流5伏條件下工作，為反射工作方式，用于檢測(cè)亮度的差別，發(fā)光單元9和接收單元10的主光軸同方向且平行，集成寬度傳感器5不需要圖像傳感器CIS的RGB分色發(fā)光或圖像傳感器LIDE的分色接收，所以可選用光電效率最高的綠(蘭)單色光，且其輸出信噪比不低于上述的通用CIS或LIDE器件。
如圖6所示，讀碼譯碼電路由串行開關(guān)12、 CPU13、脈沖計(jì)數(shù)器14、存儲(chǔ)器15、穩(wěn)
壓器16、數(shù)據(jù)接口 17組成，集成寬度傳感器5連接著讀碼譯碼電路板6上設(shè)置的串行開
關(guān)12，可串行依次輸出各段各接收單元10的信號(hào)，該遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪集成傳感器讀碼裝置的讀碼譯碼工作過程如下
1、集成寬度傳感器5讀取各編碼數(shù)字輪1上編碼條對(duì)應(yīng)的高亮度區(qū)域?qū)挾?，輸出?duì)
應(yīng)數(shù)量的脈沖。
1. 1、當(dāng)抄表器通過數(shù)據(jù)接口 17向讀碼譯碼器發(fā)出抄表指令時(shí)，某編碼數(shù)字輪1處于某位置。例如其人工讀表窗口顯示為數(shù)字8，集成寬度傳感器5面對(duì)該編碼數(shù)字輪1的寬
6度階梯編碼條2為"8寬度"。
1.2、 CPU13通過串行開關(guān)12，依次讀取該編碼數(shù)字輪1對(duì)應(yīng)的傳感器段7各接收單元10的輸出，其中接收到干擾光照，如外界日光、燈光等照射在表計(jì)上等，并有脈沖輸出的單元，被記錄為"干擾光脈沖單元"存入存儲(chǔ)器15。
1.3、 CPU13向集成寬度傳感器5的發(fā)光單元9供電，發(fā)光單元9發(fā)光，照亮對(duì)面的編碼數(shù)字輪組。此時(shí)，字輪組的表面亮度產(chǎn)生了 "背景"暗和編碼條對(duì)應(yīng)的"8寬度"亮區(qū)域。
1.4、 暗、亮區(qū)域光反射至接收單元10，則輸出對(duì)應(yīng)的高、低電平。
1.5、 串行開關(guān)12依次讀取該傳感器段7內(nèi)各接收單元的高、低電平個(gè)數(shù)，并送至脈沖計(jì)數(shù)器14，得到一組"8寬度亮脈沖個(gè)數(shù)"。
1.6、 CPU13從"8寬度亮脈沖"中，減去和"干擾光脈沖單元"對(duì)應(yīng)的數(shù)量，得到一組"8寬度脈沖數(shù)量"。
1.7、 CPU13依次讀取集成寬度傳感器5各傳感器段7的脈沖，得到一組"多位字輪的寬度脈沖數(shù)量"。
2、 譯碼器把脈沖數(shù)量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字。
2.1、 CPU13把"8寬度脈沖數(shù)量"和存儲(chǔ)器15中預(yù)存的十組數(shù)據(jù)對(duì)比，得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字8。
2.2、 CPU13給該二進(jìn)制數(shù)字8添加校驗(yàn)碼。
2.3、 CPU13多次重復(fù)2-1、 2-2操作，得到一組多位二進(jìn)制數(shù)字。
3、 抄表器把二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)字。
3.1、 CPU13把一組多位二進(jìn)制數(shù)字通過數(shù)據(jù)接口 17傳送給抄表器。
3.2、 抄表器軟件把該組多位二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成多位十進(jìn)制數(shù)字，例如87654，顯示在
屏幕上。
3.3、 CPU13還向抄表器傳送該表計(jì)地址碼等其它信息。
另外，本發(fā)明的編碼數(shù)字輪l，也可以使用現(xiàn)有的通用CIS或LIDE器件組成讀碼裝置，讀取和譯出本發(fā)明的編碼數(shù)字輪的二維編碼的數(shù)字信息。兩種讀碼裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，也可達(dá)到同樣的預(yù)期的讀碼效果，但是其成本較高，遠(yuǎn)不及本發(fā)明的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪的集成傳感器讀碼裝置。
權(quán)利要求
1、一種在與一維角度對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的攜帶寬度量值第二維編碼信息的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪，包括設(shè)置在編碼數(shù)字輪黑色襯底的外圓周面上的編碼條，其特征在于所述編碼條為寬度階梯編碼條，所述寬度階梯編碼條設(shè)置為淺色的十段等差階梯寬度編碼或十段奇偶階梯寬度編碼，所述編碼數(shù)字輪的外圓周面上對(duì)應(yīng)所述寬度階梯編碼條均勻排列紅色數(shù)字0～9。
2、 一種用于如權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪的集成傳感器讀碼裝置， 包括表計(jì)支架和固定其上的字輪軸、組裝在字輪軸上的多位編碼數(shù)字輪及讀碼器，其特征在于所述讀碼器的讀碼譯碼電路板上封裝與所述字輪軸平行的集成寬度傳感器，所述集 成寬度傳感器的工作面上對(duì)應(yīng)多位所述編碼數(shù)字輪的所述寬度階梯編碼條設(shè)置多個(gè)傳感 器段，每個(gè)所述傳感器段設(shè)置一行多列發(fā)光單元，并對(duì)應(yīng)所述發(fā)光單元設(shè)置一行多列接收 單元，所述發(fā)光單元之間、發(fā)光單元與所述接收單元之間、接收單元之間均設(shè)置光電隔離層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪的集成傳感器讀碼裝置，其特征 在于所述集成寬度傳感器連接著所述讀碼譯碼電路板上設(shè)置的串行開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)傳表計(jì)二維編碼數(shù)字輪及其集成傳感器讀碼裝置，從根本上解決現(xiàn)有攜帶“角度一維編碼”信息的遠(yuǎn)傳表計(jì)數(shù)字輪的讀碼裝置使用檢測(cè)器件較多、編碼復(fù)雜、讀碼干擾因素較多的難題，它包括設(shè)置在編碼數(shù)字輪黑色襯底的外圓周面上的編碼條，其技術(shù)要點(diǎn)是編碼條為設(shè)置了淺色的十段等差階梯寬度編碼或十段奇偶階梯寬度編碼的寬度階梯編碼條，編碼數(shù)字輪的外圓周面上對(duì)應(yīng)寬度階梯編碼條均勻排列紅色數(shù)字0～9，其讀碼裝置讀碼器的讀碼譯碼電路板上封裝與字輪軸平行的集成寬度傳感器，集成寬度傳感器的工作面上對(duì)應(yīng)寬度階梯編碼條設(shè)置多個(gè)傳感器段。其體積小、價(jià)格低、功耗少、工作可靠性高，可應(yīng)用于各種水表、電表、煤氣表等遠(yuǎn)傳表計(jì)。
文檔編號(hào)G06M1/00GK101482939SQ200910010368
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者陳可揚(yáng) 申請(qǐng)人:陳可揚(yáng)