專利名稱：非對稱編碼光電掃描傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市自來水供水排水管網(wǎng)流量和流向的低功耗電子測量技術(shù)，具體是一種非對稱編碼光電掃描流量計量傳感器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)外的自來水計量普遍采用水表計量，由于現(xiàn)代測控技術(shù)需要將傳統(tǒng)水表的機(jī)械計量轉(zhuǎn)換為電子的計量，并通過通訊等手段將數(shù)據(jù)傳送到管理控制中心，因此將傳統(tǒng)的機(jī)械計量轉(zhuǎn)換為電子計量就成為此過程的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外普遍采用的是單計數(shù)傳感器。如干簧管、霍爾傳感器、韋根傳感受器等。其缺點(diǎn)在于計量不準(zhǔn)確，不確定性大，容錯性差，特別是當(dāng)停水后，自來水管道內(nèi)有回流現(xiàn)象，此時機(jī)械計量為負(fù)計量(即累計流量遞減)，而普通的電子計量仍然為增計量(即累計流量仍然遞增)，造成機(jī)械計量與電子計量誤差越來越大，機(jī)械計量與電子計量嚴(yán)重不吻合，導(dǎo)致管理部門與用戶發(fā)生糾紛，并影響系統(tǒng)的計量性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種新的城市自來水供水管網(wǎng)的電子計量傳感器，能滿足自來水供水管網(wǎng)的電子計量精度，自動識別管道流向，低功耗，高抗干擾能力和容錯性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)原理非對稱編碼光電掃描傳感器，包括嵌入式掃描測量模塊、被檢環(huán)形編碼盤和非對稱光電傳感器組。其中非對稱光電傳感器組由多個紅外光發(fā)射器和對應(yīng)的紅外光接收器組成，嵌入式掃描測量模塊由微處理器U1和外部存儲器E2PROM組成。各紅外光發(fā)射器的正端接嵌入式掃描測量模塊，負(fù)端接地，各紅外光接收器的正端接電源VCC，負(fù)端接地，檢測輸出端分別接至嵌入式掃描測量模塊中的微處理器U1。
所述的嵌入式掃描測量模塊的核心為微處理器，該微處理器選用超低功耗的16位精簡指令系統(tǒng)RISC單片機(jī)，以保證系統(tǒng)的高速處理和低功耗運(yùn)行。
所述傳感器對被檢裝置實行編碼，通過掃描得出編碼數(shù)據(jù)的變化，并通過軟件對編碼數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行識別，從而判斷流體流動方向并對流量進(jìn)行累計計量。所述的非對稱編碼光電掃描傳感器由微處理器對光電傳感器組進(jìn)行循環(huán)掃描，其掃描的間隙時間遠(yuǎn)大于掃描的工作時間，從而降低整個系統(tǒng)的功耗。
采用上述方案的非對稱編碼光電掃描傳感器采用掃描方式工作，能自動識別管道流向，該傳感器高度智能化，可采用鋰電池供電，能長期可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，具有低功耗，高可靠，長壽命的特點(diǎn)，采用編碼方式進(jìn)行計量掃描使其具有高抗干擾能力和容錯性能，能實現(xiàn)累計流量、瞬時流量、流體方向的實時檢測。


圖1本傳感器的原理框圖；圖2本傳感器的工作示意圖和工作流程圖；圖3本傳感器的電路原理圖；圖4A和圖4B本傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明如圖1所示，非對稱編碼光電掃描傳感器由嵌入式掃描測量模塊1、環(huán)形編碼盤2(圖中顯示的是由環(huán)形展開的結(jié)構(gòu)示意)、紅外光發(fā)射器D1、D2、D3以及紅外接收器Q1、Q2、Q3組成，嵌入式掃描測量模塊包括微處理器U1與外部存儲器E2PROM。其連接關(guān)系為紅外光發(fā)射器D1、D2、D3共同連接至微處理器U1的輸出端口P2.5，紅外光線接收器Q1、Q2、Q3分別連接至微處理器U1的輸入端口P1.5、P1.6、P1.7，外部存儲器E2PROM通過I2C總路線與微處理器U1連接，微處理器的P2.5端口輸出間隙式的掃描脈沖激活紅外光發(fā)射器D1、D2、D3對環(huán)形編碼盤2進(jìn)行掃描，其掃描的結(jié)果通過紅外光接收器Q1、Q2、Q3拾取，并送至微處理器U1的輸入端口P1.5、P1.6、P1.7，如圖1所示的掃描結(jié)果為

，微處理器U1通過循環(huán)的掃描得到反映環(huán)形編碼盤轉(zhuǎn)動狀態(tài)的編碼數(shù)據(jù)串。
如圖1所示若環(huán)形編碼盤順時針轉(zhuǎn)動，則編碼數(shù)據(jù)串變化為

當(dāng)編碼數(shù)據(jù)串循環(huán)閉合時(即由100回到100)，表明環(huán)形編碼盤轉(zhuǎn)動1周，如假定順時針方向為正向流動的話，則對應(yīng)的單位流量計量加1，則當(dāng)編碼數(shù)據(jù)串變化為

表明編碼盤逆時針轉(zhuǎn)動，即流體為反向流動，則其單位流量計量應(yīng)減1。掃描所得的編碼數(shù)據(jù)串經(jīng)微處理器U1處理后，換算為相應(yīng)的流量進(jìn)行累計并將該累計流量和狀態(tài)實時保存于E2PROM中，保證掉電10不丟失數(shù)據(jù)。
由編碼盤上的編碼決定了光電掃描所獲得的編碼數(shù)據(jù)，不允許出現(xiàn)雙1和全1的情況，如

當(dāng)光電掃描的輸出為上述數(shù)據(jù)串，則此次掃描被微處理器認(rèn)為無效，微處理器U1進(jìn)入6次連續(xù)掃描狀態(tài)，并判斷每次掃描結(jié)果數(shù)據(jù)串的合法性，直到數(shù)據(jù)串合法或6次計數(shù)滿。如6次連續(xù)掃描中數(shù)據(jù)恢復(fù)為合法，則微處理器U1照常運(yùn)行，如6次計數(shù)滿仍無合法數(shù)據(jù)串則微處理器U1進(jìn)入錯誤處理程序，自動糾正錯誤，并進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。本傳感器以此來增加系統(tǒng)的容錯能力，保證傳感長期穩(wěn)定可靠的的計量。處理流程如圖2所示。
如圖3所示非對稱編碼光電掃描傳感器電路部分主要由微處理器U1，外部存儲器E2PROM U2和紅外光發(fā)射器D1、D2、D3以及紅外光接收器Q1、Q2、Q3組成。紅外光發(fā)射器D1的正端接電阻R1，電容C1，電阻R1的另一端接微處理器U1的3腳，電容C1的另一端接地。紅外光接收器Q1的正端接電阻R2，電容C2與微處理器U1的20腳，電阻R2的另一端接電源VCC，電容C2的另一端接地；紅外光發(fā)射器D2的正端接電阻R3，電容C3，電阻R3的另一端接微處理器U1的3腳，電容C3的另一端接地。紅外光接收器Q2的正端接電阻R4，電容C4與微處理器U1的19腳，電阻R4的另一端接電源VCC，電容C4的另一端接地；紅外光發(fā)射器D3的正端接電阻R5，電容C5，電阻R5的另一端接微處理器U1的3腳，電容C5的另一端接地。紅外光接收器Q3的正端接電阻R6，電容C6與微處理器U1的19腳，電阻R6的另一端接電源VCC，電容C6的另一端接地。
如圖4A和圖4B所示非對稱編碼光電掃描傳感器的環(huán)形編碼盤1安裝于水表機(jī)械計量機(jī)構(gòu)的相應(yīng)計量單位的齒平臺(齒輪)上，并位于紅外光發(fā)射器D1與接收器Q1之間，如100升位上表明，環(huán)形編碼盤轉(zhuǎn)動一周為累計計量增加或減少1m3的流量。隨著機(jī)械計量的增加或減少，電子計量通過非對稱編碼光電掃描傳感器的掃描相應(yīng)的增加或減少累計流量，從而達(dá)到機(jī)械計量向電子計量的轉(zhuǎn)換。使傳統(tǒng)的水表計量機(jī)構(gòu)升級為電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的電子計量機(jī)構(gòu)成為事實。
權(quán)利要求
1.非對稱編碼光電掃描傳感器，其特征在于由嵌入式掃描測量模塊、被檢環(huán)形編碼盤和非對稱光電傳感器組組成，其中非對稱光電傳感器組由多個紅外光發(fā)射器和對應(yīng)的紅外光接收器組成，嵌入式掃描測量模塊由微處理器U1和外部存儲器E2PROM組成，各紅外光發(fā)射器的正端接嵌入式掃描測量模塊，負(fù)端接地，各紅外光接收器的正端接電源VCC，負(fù)端接地，檢測輸出端分別接至嵌入式掃描測量模塊中的微處理器U1。
2.如權(quán)利要求1所述的非對稱編碼光電掃描傳感器，其特征在于嵌入式掃描測量模塊的核心為微處理器U1，微處理器U1選用超低功耗的16位精簡指令系統(tǒng)RISC單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的非對稱編碼光電掃描傳感器，其特征在于被檢環(huán)形編碼盤采用非對稱方式編碼，其位于紅外光發(fā)射器與接收器之間，并安裝于水表機(jī)械計量機(jī)構(gòu)的相應(yīng)計量單位的齒平臺上。
4.如權(quán)利要求1所述的非對稱編碼光電掃描傳感器，其特征在于嵌入式掃描測量模塊通過循環(huán)掃描環(huán)形編碼盤，得到隨被檢測管道的流速和流動方向變化的編碼數(shù)據(jù)串，通過智能化的處理，從而識別流體流動的方向和累計的流體流量。
5.如權(quán)利要求1所述的非對稱編碼光電掃描傳感器，其特征在于嵌入式掃描測量模塊中的微處理器對光電傳感器組進(jìn)行循環(huán)掃描，其掃描的間隙時間遠(yuǎn)大于掃描的工作時間。
全文摘要
非對稱編碼光電掃描傳感器，包括嵌入式掃描測量模塊、被檢環(huán)形編碼盤和非對稱光電傳感器組。非對稱光電傳感器組由多個紅外光發(fā)射器和對應(yīng)的紅外光接收器組成，嵌入式掃描測量模塊的核心為微處理器。所述傳感器對被檢裝置實行編碼，通過掃描得出編碼數(shù)據(jù)的變化，并通過軟件對編碼數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行識別，從而判斷流體流動方向并對流量進(jìn)行累計計量。采用上述方案的非對稱編碼光電掃描傳感器，能實現(xiàn)累計流量、瞬間流量、流體方向的實時檢測，其具有低功耗，高可靠，長壽命的特點(diǎn)，可采用鋰電池供電長期可靠工作。
文檔編號G01F15/06GK1527031SQ0313585
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者魏慶華, 江朝元, 李勇, 袁禮 申請人:重慶市智能水表有限責(zé)任公司