專利名稱：遙控自動讀表裝置及用戶管理網(wǎng)絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字編碼讀表裝置，特別是用于機械式數(shù)字碼輪或表盤上數(shù)字的遙控讀取裝置及用戶管理網(wǎng)絡。
機械式數(shù)字碼輪或數(shù)字表盤廣泛用于水表、電表、氣表及熱力表等計量裝置上，目前讀表方式有兩種1)人工入戶抄表這是目前普遍采用的一種方式，缺點顯而易見。
2)脈沖計數(shù)方式雖然不必入戶抄表，但必須保證不間斷供電，一旦停電就可能丟失脈沖，導致計數(shù)誤差。停電次數(shù)越多，時間越長，累計的誤差就會越大，而且無法修正，所以這種方式無法推廣應用。
另外攝像方式從原理上看也是可行的，但信息冗余量太大，傳輸需要的信道容量也相應增大，還要有一套專門的識別處理算法。攝像頭體積大無法安裝在表頭內，附加成本也高得多，所以至今未見采用。
本發(fā)明的目的是提出一種遙控自動讀表裝置技術方案，取代目前各種讀表方式，以實現(xiàn)機械表顯示連網(wǎng)自動化管理，如樓宇和化工廠等的自動化管理。
本發(fā)明是一種遙控自動讀表裝置及采用該裝置實現(xiàn)的用戶管理網(wǎng)絡。本發(fā)明的遙控自動讀表裝置包括數(shù)字碼輪或表盤，碼輪或表盤上設置標示每個數(shù)字的特征物，在取數(shù)位置上對應特征物標示點設置數(shù)字閱讀器；閱讀器由可以識讀該特征物的傳感器探頭組合構成。本發(fā)明所述的讀表裝置可以是磁電構造，數(shù)字特征物是磁鋼，閱讀器由可以產生響應信號的霍爾器件構成。本發(fā)明所述的讀表裝置也可以是光電式構造，數(shù)字特征物是反光板，閱讀器由光源與可以產生光響應信號的光敏器件構成。本發(fā)明所述的讀表裝置是光電式構造，還可以數(shù)字特征物是發(fā)光器件，閱讀器由可以產生光響應信號的光敏器件構成。本發(fā)明所述的讀表裝置也可以是開關振蕩電路構造，閱讀器由開關振蕩電路構成，數(shù)字特征物采用起開關作用的材料制作。本發(fā)明采用二進制4位碼長集合對數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9進行編碼，并在每個數(shù)字位置上設置4個特征物標示點，每個特征物有2種特征狀態(tài)，在閱讀器對應位置上設置4個可以響應數(shù)字特征物信號的傳感器探頭。本發(fā)明還可以采用四進制2位碼長集合對數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9進行編碼，并在每個數(shù)字位置上設置2個特征物標示點，每個特征物有4種特征狀態(tài)，在閱讀器對應位置上設置2個可以響應數(shù)字特征物4種狀態(tài)信號的傳感器探頭。本發(fā)明還包括在讀表裝置的數(shù)字標示點上設置特征物的方法，即每個數(shù)字的標示特征物可以由兩組以上的特征物組合構成，各特征物組可以平移與它組特征物組合。
由本發(fā)明所述的遙控自動讀表裝置建立的用戶管理網(wǎng)絡，可以是N個讀表裝置通過網(wǎng)絡與中心控制室的顯示屏、打印機及數(shù)據(jù)庫連接，由軟件控制連續(xù)兩次讀表數(shù)字相同時作為一次有效讀數(shù)顯示或存儲、記錄。
本發(fā)明的實施例如附圖所示

圖1用于電表的讀表裝置示意圖；圖2一個數(shù)字在寬度為4mm小碼輪上所占的面積和4個特征物位置示意圖；圖3一個數(shù)字在寬度為3mm大碼輪上所占的面積和4個特征物位置示意圖；圖4四點式三種閱讀器組合示意圖，其中圖4-1為集中4點組合，圖4-2為上下分離組合，圖4-3為左右分離組合；圖5傳感器(霍爾器件)的尺寸圖；圖6在一個數(shù)字位置上四個特征物位置的3種選擇方式示意圖表。圖中的標示號分別表示1、表頭，2、模塊(1)，3、模塊(0)，4、模塊(n)，5、電源，6、總線接口電路，7、時鐘，8、電路板。
結合實施例對本發(fā)明加以具體說明本發(fā)明首先是考慮到對于一個字符集合，可以根據(jù)集合大小選擇合適的碼長，以及對應的特征物的位置點陣(或敏感點)，確定對應的傳感器探頭組合(以下稱閱讀器)。不同集合將對應不同的編碼空間和閱讀器。例如可采用最簡單的二進制，也可以采用多進制碼。對于住宅用的機械數(shù)字表，如電、氣、水三表只要求識別十個字符0123456789，用4位二進制或4進制兩位均可達到目的。采用二進制4位最多可識別16個字符。4進制兩位也能區(qū)分42＝16個字符，但要求閱讀器能區(qū)分特征物4個級別的狀態(tài)。
以數(shù)字碼輪顯示為例，每個碼輪有10個數(shù)字(0123456789)，每個數(shù)字的張角為36°。目前已見到的有代表性的三種碼輪，其每個數(shù)字所占的面積大約為3×6mm2、3×5mm2和4×5mm2，在這段弧形輪面上，按編碼要求鑲嵌閱讀器容易探測的特征物，特征物是由敏感元件的敏感特性決定的，這樣將直接識別字符轉化為識別特征物。閱讀器的大小和分布取決于識別對象、靈敏度及圓心距，適當調整可得最佳工作狀態(tài)。
本讀表裝置如圖1所示；包括閱讀器和電路板8，二者可分體工作，閱讀器要放在表頭內部，與表頭1上的數(shù)字碼輪或碼盤(識別對象)構成一體。閱讀器有光電式和磁電式等多種，可按工作環(huán)境條件選擇。考慮到水環(huán)境污染，對水表應選擇磁電式。
電路板可放在表頭外部，如果空間允許也可放在內部，二者用導線連接。電路板8有一個公用的時鐘電路7(多表合用)和幾個同樣的電路模塊2、3、4組成，每個模塊對應一個碼輪，模塊由反相電路和觸發(fā)器構成，讀表數(shù)據(jù)由總線接口電路6(如移位寄存器)送信道。電源可由外部供給，也可自備電源5，只有查表時才開啟電源，所以用電極省。改造后的表頭不影響直讀。
為了驗證編碼方案是否可行，發(fā)明人已做過兩次實驗，研制的讀表裝置使用了如下器件時鐘74LS04一片；反相整形器74LS04和D形觸發(fā)器74LS175各一片(組成一個模塊)。
演示所需的附加器件有4-10線譯碼器74LS145和顯示用的發(fā)光二極管以及+5V電源。
對數(shù)字碼輪或表盤進行了相應的改造，改造碼輪或表盤的工作就是按敏感點鑲嵌特征物(磁鋼或反射板或發(fā)光管或振蕩開關敏感物)，大批量生產必須有模具，以保證定位準確性和提高生產效率。用二進制4位或4進制兩位，最多可識別16個字符。要確定4個敏感點或兩個敏感點，為了減少特征物可在16個碼組中選擇10個需用特征物最少的碼組使用。如果面積允許也可以采用糾錯碼，如7位漢明碼可糾正一位讀數(shù)錯誤。如果碼輪間距比較大，其敏感點也可以放在碼輪側面。對于水、電、氣等十進制數(shù)字碼輪表，如果只區(qū)分兩種狀態(tài)，則特征物按四點分布，根據(jù)碼輪大小定位，以提供三維最大信息。
為上述兩次實驗(可準確識別10個數(shù)字)的讀表裝置碼輪特征物分布方案如圖6所示。
第一個模擬讀表裝置選用水表用的字面積約為4×5mm2，磁鋼離左右邊界為1mm，中心點間距為2mm，見圖2所示，圖中1、2、3、4為選定的敏感點，即放置磁鋼的地方。
用直徑大于Φ1.3的磁鋼試驗，雖然有些粗糙，但已能準確識別出10個數(shù)字。實驗中只用了一個步進輪，自由輪每轉動一周步進輪加一(轉到下一個數(shù))。但這次實驗沒有演示步進輪之間的進位關系。實驗中磁鋼是按后面給出的特征物分布表配置的，要根據(jù)閱讀器感應元件的大小來選擇最合適的配置方案。
正式讀表裝置采用目前應用最廣的字面積約為3×6mm2的一種碼輪，磁鋼間距為3mm，對輪心的張角為18度，上下離字的邊緣約為1.5mm，對應的張角為9度。一個字的寬度為3mm，磁鋼中心到各邊留1mm，中心距為1mm，用直徑大于Φ1.3以上的磁鋼，磁鋼的長度為1mm左右。圖3中所示的1、2、3、4是放置磁鋼的敏感點。
這次實驗用了兩個步進輪(代表兩位數(shù)，每位用10個發(fā)光二極管代表0123456789)，演示了它們之間的進位關系，自由輪轉動數(shù)百次，未出現(xiàn)一次錯誤，結果非常令人滿意。在擾動試驗中，只要距離調整準確，用手推動碼輪，使其出現(xiàn)最大偏差，這時仍可準確識別出10個數(shù)字。由兩個步進輪可推廣到兩個以上，所以這次實驗結果是有普遍意義的。從實際應用角度看，識別兩個步進輪在大多數(shù)場合已夠用，從數(shù)據(jù)采集中心來看相當于模100加。這次實驗磁鋼的設置類似上次實驗，但有一位平移。
目前已見到的最小的碼輪，字面積為3×5mm2，為了保證磁鋼縱向間距為3mm(完全由敏感元件的大小決定的，這里指霍爾器件)，其張角應為21.6度，磁鋼中心點離字的上下邊緣為1mm，1mm所對應的張角為7.2度，磁鋼離左右邊界為1mm，可用直徑Φ1～Φ1.5的磁鋼。
對于以上三種碼輪，給出的磁鋼分布尺寸僅供參考，因為它們與敏感元件的大小有關。
碼輪越小要求定位精度越高，難度越大，手工肉眼定位有一定難度。比3×5mm2還小的碼輪(數(shù)字太小)，從原理看也是可行的，但由于受磁鋼和傳感器體積所限會有一定難度。
對于比字面積6×3mm2更大的碼輪，如一種氣表上用的字面積6×4mm2就容易多了，采用本發(fā)明方案毫無困難。
在讀表裝置的標示點上設置特征物的方法，是每個數(shù)字的標示特征物可以由兩組以上的特征物組合構成，各特征物組可以平移與它組特征物組合。
圖6中的圖6-1、圖6-2和圖6-3給出了特征物在一個字上位置選擇的三種設置方案，特征物選擇的原則是1)使特征物最小間距最大化，以便采用較大的閱讀器；2)減小特征物之間的干擾。
另外還要注意避開碼輪的進位缺口。
附圖6中各表是將采用的碼組經兩位數(shù)字平移和換位得到的。在上述兩次實驗中，磁鋼均按這種方式排列。
在上述兩次實驗中，每個碼輪上設置的磁鋼數(shù)為14個。鑲嵌磁鋼時要保證其端面與輪面平行，不能有高有低。對于小碼輪可選用反極性磁鋼，以減小磁鋼間的干擾。
閱讀器是一個組合單元，可有多種組合。以4點為例，如圖4所不圖4-1的閱讀器1適合比較大的碼輪，圖4-2的閱讀器2和圖4-3的閱讀器3是把一個閱讀器分成為兩子部分，以適合寬窄不同的碼輪。在實際應用中，閱讀器形式是由碼輪上特征物的分布方式決定的，不一定是方方正正；如在表盤上還可以呈契形或單行分布。在上述兩次實驗中，閱讀器是用霍爾器件組成的，采用了類似于圖4-3中左右分離閱讀器的形式，但有1mm和2mm的錯位。閱讀器的設計與表頭內部結構有關，所以在設計特征物分布時就應該考慮到這個問題。
閱讀器可以覺察到特征物是否存在或特征物的狀態(tài)，有點象人的眼睛，但不會疲勞，它會忠實的告訴你碼輪目前轉到什么位置。閱讀器和特征物之間的相對位置要準確調整，以保證最佳工作狀態(tài)。
對于磁電式，閱讀器通常選用霍爾器件按編碼要求組合而成，圖5給出一種霍爾器件(44E)的尺寸。四點式要用4個，按編碼在碼輪上的布設從圖4給出的三種組合形式中選擇一種。四點式對于每個碼輪需要4根信號線，外加一根電源線和一根地線，共6根線與電路板連接。
在上述兩次實驗中(分別用4×5mm2和3×6mm2兩種碼輪)，因字面積太小而選用圖4-3中左右分離閱讀器的形式，根據(jù)編碼部分移位分別復蓋在兩個字面上，正好與編碼磁鋼相對應。不一定全用同性磁鋼，適當配置，可使一組對應兩個N極，則另一組對應兩個S極。也可以每組各對應1個N極和1個S極，但不能搞混。實際上特征物的位置選定之后，閱讀器的基本形式也隨之而定，而磁鋼的配置又和碼輪大小有關，因此磁鋼的配置和閱讀器的基本形式都是可變的。閱讀器的敏感面要與碼輪面平行，兩次實驗對于大碼輪敏感面張角約162度，小碼輪為158度。
當采用光電構造時，光特征物和光敏探頭的設置方式與上述磁電式構造中的磁鋼與霍爾器件的設置方式相同。
當采用開關振蕩電路構造時，特征物和開關振蕩電路探頭的設置方式也與上述磁電式構造中的磁鋼與霍爾器件的設置方式相同。
本發(fā)明讀表裝置的優(yōu)點在于首先，因為本讀表裝置只與機械表的當前狀態(tài)有關，而與歷史過程無關，所以停電不會引入誤差。比較而言，脈沖計數(shù)方式是不允許停電的，一旦停電就會出現(xiàn)漏計。其次，本讀表裝置的工作方式是無記憶、隨機的，需要工作(查表)就通電讀數(shù)?？梢赃B續(xù)讀，也可以幾天幾個月讀一次，自由選擇。再次，讀得的數(shù)據(jù)不需要任何處理和存儲而直接通過數(shù)據(jù)總線送數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心也可能按約定作簡單的轉換，并轉入用戶帳號。
另外本發(fā)明是實時工作的，通過總量核查，就可方便的發(fā)現(xiàn)偷漏事件。
本發(fā)明是隨機工作的，只有查表時才用電，其它時間不用電，所以用電極省。
本發(fā)明裝置的成本很低，每個模塊只有兩塊組件，每塊表按識別兩個碼輪計算成本只有50元左右。大批量生產造價還會低。
本發(fā)明裝置實現(xiàn)的技術路線有兩種，以碼輪表為例1)保證原基表不變，即表的傳動機構、數(shù)字顯示及外殼不變，只把閱讀器放進表內。在碼輪上鑲嵌有特征物。這樣改造后的表，從外表上看不出與原表有明顯區(qū)別，只是多了幾根引線和一塊電路板。
2)第二種途徑是對基表作部分改造。只保留少數(shù)碼輪，這樣體積可小，可實現(xiàn)電子式數(shù)字顯示。閱讀器和電路板可集成化成一個模塊放到表頭內部。
本發(fā)明還包括用戶業(yè)務管理數(shù)據(jù)網(wǎng)采用本發(fā)明裝置可方便實現(xiàn)用戶業(yè)務管理網(wǎng)絡化，設N(N的取值范圍不限，可以是幾戶，也可以是幾萬戶)個用戶為一個小區(qū)，將每個用戶使用的本發(fā)明讀表裝置通過網(wǎng)絡和務業(yè)管理中心相連，可定時普查或隨機抽查，將讀取的數(shù)據(jù)經適當轉換，計算用戶應支付的費用等，并插入時間信息存入用戶賬號，或實時打印和顯示。
為了防止碼輪過渡狀態(tài)引起的誤讀，每次查表至少要連續(xù)讀兩次，間隔要大于2秒，以避開碼輪狀態(tài)轉換的過渡時間。如果兩次讀數(shù)不同，則應該再讀，以修正讀數(shù)錯誤。
本發(fā)明適用于各種機械數(shù)字表，如電表、水表、氣表、熱力表等，凡是有機械字符如碼輪、碼盤顯示的地方，均可用本發(fā)明提供的方法將機械字符信息轉變?yōu)殡娦畔?。有些以前不便使用機械字符顯示的場合，現(xiàn)在也可以用，并用此法實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理。
權利要求
1.一種遙控自動讀表裝置，包括數(shù)字碼輪或表盤，其特征在于在碼輪或表盤上設置標示每個數(shù)字的特征物，在取數(shù)位置上對應設置數(shù)字閱讀器；閱讀器由可以識讀該特征物的傳感器探頭組合構成。
2.如權利要求1所述的讀表裝置，其特征在于所述的讀表裝置是磁電構造，數(shù)字特征物是磁鋼，閱讀器由可以產生響應信號的霍爾器件構成。
3.如權利要求1所述的讀表裝置，其特征在于所述的讀表裝置是光電式構造，數(shù)字特征物是反光板，閱讀器由光源與可以產生光響應信號的光敏器件構成。
4.如權利要求1所述的讀表裝置，其特征在于所述的讀表裝置是光電式構造，數(shù)字特征物是發(fā)光器件，閱讀器由可以產生光響應信號的光敏器件構成。
5.如權利要求1所述的讀表裝置，其特征在于所述的讀表裝置是開關振蕩電路構造，閱讀器由開關振蕩電路構成，數(shù)字特征物是起開關作用的材料制作。
6.如權利要求1或2或3或4或5所述的讀表裝置，其特征在于采用二進制4位碼長集合對數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9進行編碼，并在每個數(shù)字位置上設置4個特征物標示點，每個特征物有2種特征狀態(tài)，在閱讀器對應位置上設置4個可以響應數(shù)字特征物信號的傳感器探頭。
7.如權利要求1或2或3或4或5所述的讀表裝置，其特征在于采用四進制2位碼長集合對數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9進行編碼，并在每個數(shù)字位置上設置2個特征物標示點，每個特征物有4種特征狀態(tài)，在閱讀器對應位置上設置2個可以響應數(shù)字特征物4種狀態(tài)信號的傳感器探頭。
8.一種在如權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的讀表裝置的標示點上設置特征物的方法，其特征在于每個數(shù)字的標示特征物可以由兩組以上的特征物組合構成，各特征物組可以平移與它組特征物組合。
9.一種使用權利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的遙控自動讀表裝置建立的用戶管理網(wǎng)絡，其特征在于N個讀表裝置通過網(wǎng)絡與中心控制室的顯示屏、打印機及數(shù)據(jù)庫連接；由軟件控制連續(xù)兩次讀表數(shù)字相同時作為一次有效讀數(shù)顯示或存儲、記錄。
全文摘要
本發(fā)明的遙控自動讀表裝置包括數(shù)字碼輪或表盤,碼輪或表盤上設置標示每個數(shù)字的特征物,在取數(shù)位置上對應特征物標示點設置數(shù)字閱讀器;閱讀器由可以識讀該特征物的傳感器探頭組合構成。由本發(fā)明所述的遙控自動讀表裝置建立的用戶管理網(wǎng)絡,可以是N個讀表裝置通過網(wǎng)絡與中心控制室的顯示屏、打印機及數(shù)據(jù)庫連接,由軟件控制連續(xù)兩次讀表數(shù)字相同時作為一次有效讀數(shù)顯示或存儲、記錄。
文檔編號G01D5/12GK1380533SQ0111061
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月11日 優(yōu)先權日2001年4月11日
發(fā)明者隋厚棠 申請人:隋厚棠