專利名稱：智能字車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳感器及的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
本實(shí)用新型主要由字輪位置紅外光電傳感裝置，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理電路和IC卡讀寫器等部分組成，
以下結(jié)合附圖對(duì)其需要解決的技術(shù)問題和工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。一.字輪位置光電傳感裝置及其工作原理

圖1(a)是帶有字輪位置紅外光電傳感裝置的字車結(jié)構(gòu)圖，可以看出它和普通的字車相比，在每位整數(shù)位字輪的兩側(cè)多了兩塊裝有傳感元件的電路板，為了看清它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們將其中一位字輪與其兩側(cè)的電路板之間的關(guān)系用圖1(b)表示，圖中在字輪一側(cè)的電路板某一圓周上均勻分布著十個(gè)紅外發(fā)光管，而另一側(cè)電路板的對(duì)應(yīng)位置上分布著十個(gè)紅外接收管，從而構(gòu)成十對(duì)光電開關(guān)，另外在字輪中隔上開有一個(gè)扇形透光窗口，當(dāng)字輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，扇形透光窗口便依次通過各對(duì)光電開關(guān)，只要某位置上的發(fā)射管發(fā)出的紅外光透過窗口，被對(duì)側(cè)的接收管接收到，接收管便處于導(dǎo)通狀態(tài)，而那些被中隔遮住紅外光的接收管便處于截止?fàn)顟B(tài)。這樣就可以得到一組與字輪位置相關(guān)的編碼，從而實(shí)現(xiàn)字輪位置的光電轉(zhuǎn)換過程。
為了進(jìn)一步說明光電開關(guān)、扇形窗口以及字輪上字符之間的相對(duì)位置關(guān)系，按照?qǐng)D1(b)中箭頭所示方向?qū)⑺鼈兺队暗酵黄矫嫔?，便可以得到圖2(a)所示的投影圖，圖中大圓代表可旋轉(zhuǎn)的字輪，圓周外側(cè)的數(shù)字代表字輪上的數(shù)字字符，陰影部分代表字輪上的扇形窗口，圖中小圓代表安裝在電路板上重疊在一起的固定不動(dòng)的發(fā)光管和接收管(一個(gè)光電開關(guān)單元)，圓內(nèi)數(shù)字為光電開關(guān)的編號(hào)，上方箭頭所指的缺口代表字車上的觀察窗口。從圖中可以看出“0”號(hào)接收管位于窗口的中央，其余接收管間隔為36°，字輪上的扇形窗口開在“0”字符的下方，并以字符中心與字輪中心點(diǎn)的連線為對(duì)稱軸，扇形窗口的圓心角滿足以下條件(36°+β)＜α＜(72°-β)其中α扇形窗口圓心角。
β為接收管所占圓心角。這樣無論字輪停留在什么位置上，在發(fā)光管光線的照射下，十個(gè)接收管中至少一個(gè)最多兩個(gè)導(dǎo)通，其余接收管截止。我們知道字車是一種特殊的機(jī)械計(jì)數(shù)裝置，只有發(fā)生進(jìn)位時(shí)人們才會(huì)從觀察窗口觀察到兩個(gè)殘缺不全的連續(xù)字符，不發(fā)生進(jìn)位時(shí)從觀察窗口看到的總是一個(gè)完整的字符。當(dāng)從窗口觀察到整字時(shí)，一個(gè)接收管處于扇形窗口的中心位置，其余接收管均落在扇形窗口之外，這時(shí)只有一個(gè)接收管導(dǎo)通，如觀察到整字0，“0”號(hào)接收管導(dǎo)通，觀察到整字1，“1”號(hào)接收管導(dǎo)通，等等。當(dāng)從窗口觀察到兩個(gè)殘字時(shí)，視字符的殘缺程度，則可能一個(gè)接收管或兩個(gè)接收管出現(xiàn)在扇形窗口中，對(duì)應(yīng)導(dǎo)通的接收管也就是一個(gè)或兩個(gè)，如觀察到殘字0和1時(shí)，可能“0”號(hào)或“1”號(hào)接收管導(dǎo)通，也可能“0”號(hào)和“1”號(hào)接收管同時(shí)導(dǎo)通，如觀察到殘字1和2時(shí)，可能“1”號(hào)或“2”號(hào)接收管導(dǎo)通，也可能“1”和“2”號(hào)接收管同時(shí)導(dǎo)通，等等。假定以圖2(a)為初始狀態(tài)，現(xiàn)在讓字輪按圖中箭頭所示方向旋轉(zhuǎn)，開始時(shí)“0”號(hào)接收管導(dǎo)通，此狀態(tài)一直維持到扇形窗口的左邊OL與OC重合，當(dāng)OL與OD重合時(shí)，“0”號(hào)接收管和“1”號(hào)接收管同時(shí)導(dǎo)通，直至扇形窗口的右邊OR與OA重合，當(dāng)OR與OB重合時(shí)，“0”號(hào)接收管退出導(dǎo)通，此時(shí)只有“1”號(hào)接收管導(dǎo)通，直至OL與OE重合，當(dāng)OL與OF重合時(shí)，“1”號(hào)接收管和“2”號(hào)接收管同時(shí)導(dǎo)通，直至OR與OD重合，字輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，單管導(dǎo)通和雙管導(dǎo)通狀態(tài)交替出現(xiàn)，直到回到初試狀態(tài)。至于扇形窗口的左邊OL和右邊OR處于OA和OB、OC與OD之間等接收管區(qū)域中時(shí)，可能是單管導(dǎo)通也可能是雙管導(dǎo)通，然而，總存在這樣的分界，一邊為單管導(dǎo)通，一邊為雙管導(dǎo)通，因此最后可以得到如圖2(b)的接收管導(dǎo)通狀態(tài)的分布圖，其中網(wǎng)格部分為單管導(dǎo)通區(qū)域，非網(wǎng)格部分為雙管導(dǎo)通區(qū)域。實(shí)際上現(xiàn)在我們已經(jīng)在字輪位置與接收管輸出狀態(tài)之間建立了一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，下面進(jìn)一步分析如何利用這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系得到由多位字輪組成的字車的實(shí)時(shí)讀數(shù)。
1.字輪均處于非進(jìn)位狀態(tài)此時(shí)的問題比較簡(jiǎn)單，由于只可能有一個(gè)接收管導(dǎo)通，這時(shí)可以直接取各字輪接收管的編號(hào)作為其窗口讀數(shù)。
2.字輪處于進(jìn)位狀態(tài)此時(shí)問題就較為復(fù)雜，因?yàn)樘幱趯?dǎo)通狀態(tài)的接收管可能是一個(gè)也可能有兩個(gè)，而我們究竟取其中哪一個(gè)導(dǎo)通的接收管編號(hào)作為窗口讀數(shù)，必須進(jìn)行分析和判斷才能確定。下面分別對(duì)個(gè)位，十位和百位進(jìn)位時(shí)的情況加以說明。
(1)個(gè)位字輪進(jìn)位此時(shí)個(gè)位有兩個(gè)接收管同時(shí)導(dǎo)通，我們規(guī)定一律取靠前的編號(hào)作為窗口讀數(shù)(注)，也就是說當(dāng)作進(jìn)位未完成來處理，這樣引起的讀數(shù)誤差不超過1度。
(2)十位字輪進(jìn)位根據(jù)字車進(jìn)位的特點(diǎn)，十位進(jìn)位是和個(gè)位進(jìn)位同步進(jìn)行的，也就是說個(gè)位從9進(jìn)位到0，十位將從N進(jìn)位到N+1。理想情況下，在整個(gè)進(jìn)位過程中個(gè)位和十位應(yīng)同時(shí)進(jìn)入和退出雙管導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)際上由于光電開關(guān)電學(xué)性能的差異，齒輪機(jī)械回差以及光電開關(guān)安裝位置的偏差等因素的存在，會(huì)出現(xiàn)如下幾種組合1.個(gè)位、十位均為雙管導(dǎo)通，2.個(gè)位單管導(dǎo)通，十位雙管導(dǎo)通，3.個(gè)位雙管導(dǎo)通，十位單管導(dǎo)通。對(duì)于組合1個(gè)位為9號(hào)和0號(hào)接收管同時(shí)導(dǎo)通，按(1)中的規(guī)定個(gè)位取“9”作為其讀數(shù)，十位取靠前的編號(hào)作為讀數(shù)(作進(jìn)位未完成處理)。對(duì)于組合2個(gè)位為單管導(dǎo)通，其讀數(shù)可能是“9”(進(jìn)位開始不久)，也可能是“0”(進(jìn)位臨近結(jié)束)，前者十位讀數(shù)取靠前的編號(hào)(作進(jìn)位未完成處理)，后者十位讀數(shù)取靠后的編號(hào)(作進(jìn)位完成處理)。上述兩種組合我們均能通過導(dǎo)通接收管的編號(hào)確定它們的窗口讀數(shù)。對(duì)于組合3既可能發(fā)生在進(jìn)位開始后不久，也可能發(fā)生在進(jìn)位臨近結(jié)束時(shí)，也就是說十位導(dǎo)通的接收管的編號(hào)可能為N，也可能為N+1，此時(shí)如果按(1)中的規(guī)定個(gè)位讀數(shù)取“9”，那么兩位總的讀數(shù)，進(jìn)位前為(N·10)+9度，進(jìn)位后為[(N+1)·10]+9度，然而這是不正確的，因?yàn)檫M(jìn)位前后總的讀數(shù)差應(yīng)為一度，現(xiàn)在讀數(shù)差卻為十度，可見這種組合的存在將造成讀數(shù)錯(cuò)誤，必須設(shè)法避免。為此我們?cè)跐M足扇形窗口圓心角α條件的前提下，減小個(gè)位扇形窗口的角度，使得在進(jìn)位過程中，十位總是先于個(gè)位進(jìn)入雙管導(dǎo)通區(qū)域，而后于個(gè)位退出雙管導(dǎo)通區(qū)域，這樣就排除了組合3這種狀態(tài)。對(duì)于更多位字輪，只要我們將個(gè)位的扇形窗口開得比各高位的扇形窗口小，就不會(huì)出現(xiàn)個(gè)位以上的一位或幾位為單管導(dǎo)通，而個(gè)位為雙管導(dǎo)通的任何組合，以下的敘述中這種組合就不加考慮了。
(3)百位字輪進(jìn)位同樣根據(jù)字車進(jìn)位的特點(diǎn)，百位字輪進(jìn)位必然與十位字輪進(jìn)位同時(shí)發(fā)生，此時(shí)個(gè)、十、百位上的接收管可能出現(xiàn)的組合為1.百位單管導(dǎo)通，十位雙管導(dǎo)通，個(gè)位單管導(dǎo)通；2.百位雙管導(dǎo)通，十位、個(gè)位單管導(dǎo)通；3.百位、十位雙管導(dǎo)通，個(gè)位單管導(dǎo)通；4.個(gè)、十、百位均為雙管導(dǎo)通。對(duì)于組合1，2，3個(gè)位的讀數(shù)可能是“9”，可能是“0”，在那些雙管導(dǎo)通的位中，如果個(gè)位讀數(shù)是“0”作進(jìn)位未完成處理，取靠前的編號(hào)作為該位的讀數(shù)，如果個(gè)位讀數(shù)是“0”作進(jìn)位完成處理，則取靠后的編號(hào)作為該位的讀數(shù)。對(duì)于組合4，根據(jù)規(guī)定個(gè)位讀數(shù)取“9”，十位和百位只能取導(dǎo)通接收管中編號(hào)靠前的作為其讀數(shù)(作進(jìn)位未完成處理)。
至于更高位字輪進(jìn)位時(shí)，可以用同樣的方法進(jìn)行分析，這里就不重復(fù)敘述了。
二.數(shù)據(jù)處理電路及工作原理圖3是本裝置的電路原理圖，N1單片機(jī)采用PIC15C57，光電開關(guān)中的VD1-VD40采用直徑2毫米的紅外發(fā)射管，VN1-VN40采用直徑2毫米的紅外接收管，它們接成4×10的矩陣形式，所有的發(fā)光管并聯(lián)，由電源直接驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)的PB.6-PB.7，PA.0-PA.7作為輸入口，接矩陣的行線，H0-H9用以對(duì)接收管的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，PB.0-PB.3作為輸出口接晶體管DV1-DV3的基極，用以驅(qū)動(dòng)紅外接收管的集電極電流，N3為IC卡卡座，IC型號(hào)為24C01，N1的PA.0接它的時(shí)鐘端CLK，PA.1接它的數(shù)據(jù)端SDA、PA.2和PA.3分別接兩個(gè)發(fā)光二極管，用以監(jiān)視讀表過程。
整個(gè)電路的工作過程如下當(dāng)用戶插入IC卡，卡座上的開關(guān)自動(dòng)接通電源，PA.2輸出高電平，紅色發(fā)光管點(diǎn)亮表示讀表開始，V0-V3發(fā)出矩陣列掃描脈沖，信號(hào)由行線H0-H9讀入，待單片機(jī)將輸入數(shù)據(jù)處理完畢后，由PA.0、PA.1通過IC卡卡座將所得到的讀表結(jié)果存儲(chǔ)到IC卡中，此時(shí)PA.3輸出高電平，點(diǎn)亮綠色發(fā)光管，表示讀表完成。
圖2是按圖1箭頭所示方向的投影圖。
圖3是本實(shí)施方案的電路原理圖。
圖中1.發(fā)射板，2.接收板，3.紅外發(fā)射管，4.紅外接收管，5.扇形透光窗口，6.字輪，7.字車支架，8.隔塊。
圖1(b)中，十個(gè)紅外發(fā)射管(3)和十個(gè)紅外接收管(4)均勻分布在以字輪中心為圓心的某一圓周上，字輪(6)的中隔上開有扇形透光窗口(5)，將它們按圖中箭頭所示方向投影到平面上可得到圖2(a)，扇形透光窗口的大小和位置符合本說明書“發(fā)明內(nèi)容”部分中所提出的要求。
圖3中除紅外發(fā)射管VDn和紅外接收管VNn外，其余部分安裝在另外的電路盒中。
注所謂接收管編號(hào)的先后是指如下順序排列0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，0...。
權(quán)利要求1.一種智能字車，在字車的各整數(shù)位字輪兩側(cè)各有一塊電路板和各字輪中隔上開透光窗口，其特征是每個(gè)整數(shù)位字輪一側(cè)電路板裝有十個(gè)紅外發(fā)光管，另一側(cè)電路板裝有十個(gè)紅外接收管，字輪中隔上開扇形透光窗口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能字車，其特征是各字輪兩側(cè)的紅外發(fā)光管和紅外接收管均勻分布在電路板上與字輪同心的某一圓周上，構(gòu)成十對(duì)光電開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能字車，其特征是扇形透光窗口圓心角角度界定條件為使得不論字輪停留在何位置上，在一側(cè)十個(gè)紅外發(fā)光管發(fā)出光線的照射下，另一側(cè)紅外接收管至少一個(gè)最多兩個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)，其余處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)字輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在一側(cè)十個(gè)紅外發(fā)光管發(fā)出光線的照射下，另一側(cè)紅外接收管按照單管導(dǎo)通到雙管導(dǎo)通，再到單管導(dǎo)通的順序，周而復(fù)始交替變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能字車，其特征是個(gè)位字輪上的扇形窗口的圓心角角度除符合權(quán)利要求3的界定條件外還比其它字輪上的扇形窗口小，其附加界定條件為使得當(dāng)個(gè)位以上的字輪發(fā)生進(jìn)位時(shí)，各高位字輪一側(cè)的紅外接收管總是先于個(gè)位字輪一側(cè)的紅外接收管進(jìn)入雙管導(dǎo)通狀態(tài)，后于個(gè)位字輪一側(cè)的紅外接收管退出雙管導(dǎo)通狀態(tài)。
專利摘要字車是一種機(jī)械式計(jì)數(shù)裝置，字車計(jì)數(shù)和保存數(shù)據(jù)具有安全性和可靠性高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電度表、水表和煤氣表等儀器設(shè)備中。本實(shí)用新型是一種字車數(shù)據(jù)智能自動(dòng)抄收裝置，主要由字輪位置傳感裝置，單片機(jī)系統(tǒng)和IC卡讀寫裝置組成，字輪位置傳感裝置是在字車的每個(gè)整數(shù)位字輪的兩側(cè)各安裝十個(gè)紅外發(fā)射管和十個(gè)紅外接收管，并在字輪的中隔上開一個(gè)扇形窗口，用來測(cè)量字輪的位置，字輪位置傳感裝置將字輪位置直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理后，將得到的字車讀數(shù)儲(chǔ)存到IC卡中，從而完成字車數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收過程。附圖是字輪位置光電傳感裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中1.發(fā)射板，2.接收板，3.紅外發(fā)射管，4.紅外接收管，5.扇形透光窗口，6.字輪，7.字車支架，8.隔塊。
文檔編號(hào)G01D5/26GK2578794SQ02219849
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者苑頤萍 申請(qǐng)人:苑頤萍