專利名稱：具有光電檢測采樣電路的智能水表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測量水流量的儀表，特別是涉及使用電子裝置的智能水表計數(shù)器齒輪采樣電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)智能水表通常用干簧管(包括霍爾元件、韋根器件等傳感器)對水表計數(shù)器齒輪轉(zhuǎn)動進行采樣。計數(shù)器齒輪上安裝磁體，磁體隨計數(shù)器齒輪運動，磁體經(jīng)過時干簧管觸點閉合，離開時干簧管觸點斷開。這種采樣方式存在以下缺陷①易受外磁場影響造成計數(shù)錯誤；②干簧管和磁體間的作用力影響水表始動流量指標；③由于干簧管壽命短和磁體失磁等原因，影響水表使用壽命；④無法用兩個干簧管識別計數(shù)器齒輪的運動方向。
為了克服所述干簧管和磁體這類磁性元件對水表計數(shù)器齒輪轉(zhuǎn)動采樣所存在的缺陷，有人嘗試過采取電感式無磁采樣方式替代磁性采樣方式，即采用電感或由電感與電容組成的電路對計數(shù)器齒輪轉(zhuǎn)動進行采樣，電感或電路的振蕩頻率、幅值隨著計數(shù)器齒輪的轉(zhuǎn)動而變化。但這種無磁采樣方式因存在電路繁雜、成本高、功耗大和故障率高等重大缺陷一直不能在使用電子裝置的智能水表中投入應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種計量精度高、電路簡單以及使用壽命長的具有光電檢測采樣電路的智能水表。
本實用新型解決所述技術(shù)問題可以通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)設(shè)計、使用一種具有光電檢測采樣電路的智能水表，包括外殼、置于外殼內(nèi)的機芯和電路板，所述電路板包括微處理器，所述機芯包括計數(shù)器齒輪，所述電路板還包括光電檢測采樣電路，該光電檢測采樣電路包括三極管Q1、緊挨所述計數(shù)器齒輪的兩個光電檢測對管Q2和Q3、以及兩個比較器；所述三極管Q1的基極經(jīng)電阻R1與所述微處理器的一個I/O端口電連接；所述一光電檢測對管Q2的發(fā)光二極管陽極和光敏三極管集電極分別經(jīng)R2、R3電連接至所述三極管Q1的集電極，另一光電檢測對管Q3的發(fā)光二極管陽極和光敏三極管集電極分別經(jīng)R4、R5同樣電連接至所述三極管Q1的集電極；所述兩比較器的輸入端分別與所述兩光電檢測對管Q2和Q3的光敏三極管的集電極電連接，該兩比較器的輸出端分別與所述微處理器的另外兩個I/O端口電連接。
所述計數(shù)器齒輪正對所述兩光電檢測對管Q2和Q3的一面附有采樣光盤，該采樣光盤表面按順時鐘方向依次包括135°黑色扇形區(qū)、45°白色扇形區(qū)、45°黑色扇形區(qū)和135°白色扇形區(qū)。
同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型智能水表的技術(shù)效果在于1.所用電路簡單、成本低，水表的計量精度高，并能識別計數(shù)器齒輪的運動方向。
2.現(xiàn)有技術(shù)干簧管(包括霍爾器件、韋根器件)傳感器和電感式無磁傳感器，因為不能識別機械運動方向，所以當用戶將智能水表反裝時，智能水表無法辨認，也無法采取必要的提示或制止措施，以致發(fā)生一類非法盜用現(xiàn)象。本實用新型可避免此類缺陷，當用戶將智能水表反裝時，智能水表可以關(guān)閉閥門，切斷供水，提示或制止用戶采用此類非法的安裝方式。
3.現(xiàn)有技術(shù)干簧管(包括霍爾器件、韋根器件)傳感器和電感式無磁傳感器，因為不能識別機械運動方向，當管網(wǎng)上因壓力波動造成回水時，常常導(dǎo)致機械計數(shù)器和電子計數(shù)器之間出現(xiàn)差異，引起爭議。本實用新型可完全避免此類缺陷，使機械計數(shù)器和電子計數(shù)器保持一致，從而消除計量糾紛。


圖1是本實用新型智能水表的光電檢測采樣電路原理圖；圖2是所述智能水表的兩光電檢測對管Q2、Q3與采樣光盤位置關(guān)系的側(cè)面示意圖；圖3是所述智能水表的計數(shù)器齒輪順時鐘旋轉(zhuǎn)時，采樣光盤的轉(zhuǎn)動角度與所述比較器輸出的數(shù)字信號的對照圖；圖4是所述智能水表的計數(shù)器齒輪逆時鐘旋轉(zhuǎn)時，采樣光盤的轉(zhuǎn)動角度與所述比較器輸出的數(shù)字信號的對照圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。
本實用新型具有光電檢測采樣電路的智能水表，包括外殼、置于外殼內(nèi)的機芯和電路板，所述電路板包括微處理器1，所述機芯包括計數(shù)器齒輪2。所述電路板還包括光電檢測采樣電路，如圖1、圖2所示，該光電檢測采樣電路包括三極管Q1、緊挨所述計數(shù)器齒輪2的兩個紅外收發(fā)對管Q2和Q3、以及兩個比較器3。所述三極管Q1的基極經(jīng)電阻R1與所述微處理器1的I/O端口3電連接；所述一紅外收發(fā)對管Q2的發(fā)光二極管和光敏三極管分別經(jīng)R2、R3電連接至所述三極管Q1的集電極，另一紅外收發(fā)對管Q3的發(fā)光二極管和光敏三極管分別經(jīng)R4、R5同樣電連接至所述三極管Q1的集電極。所述兩比較器3的輸入端分別與所述兩紅外收發(fā)對管Q2和Q3的光敏三極管的集電極電連接，該兩比較器3的輸出端分別與所述微處理器1的I/O端口4、5電連接。
如圖3、圖4所示，所述計數(shù)器齒輪正對所述兩紅外收發(fā)對管Q2和Q3的一面附有采樣光盤4，采樣光盤4表面按順時鐘方向依次包括135°黑色扇形區(qū)、45°白色扇形區(qū)、45°黑色扇形區(qū)和135°白色扇形區(qū)。
微處理器1(以下稱MCU)定時發(fā)出采樣信號，啟動光電檢測采樣電路工作，對IC卡水表計數(shù)器齒輪進行位置檢測，檢測完成后立即進入低功耗工作方式。這樣，使功耗較大的光電檢測采樣電路處于間歇工作方式，達到降低功耗的目的。例如每0.5秒發(fā)出檢測信號一次，每次檢測時間約0.5ms，檢測電流約3mA，因此，平均附加電流僅3μA，達到將功耗降低到一次性電池供電的智能表可以接受的水平。
檢測時，MCU在I/O口3發(fā)出一個低電平，通過電阻R1使三極管Q1飽和導(dǎo)通，為紅外收發(fā)對管Q2、Q3提供電源。紅外收發(fā)對管Q2，Q3獲得電源后，各自的紅外發(fā)光二極管發(fā)光，紅外光投射到計數(shù)器齒輪的采樣光盤4表面。
紅外光投射到采樣光盤4表面的白色區(qū)域后，被反射到其對應(yīng)的紅外收發(fā)對管的光敏三級管，使其產(chǎn)生電流，光敏三級管的集電極電位拉低，經(jīng)比較器A的反相端，整形后形成“1”信號輸送至MCU的I/O口4。反之，紅外光投射到采樣光盤表面的黑色區(qū)域后，幾乎完全被吸收，反射到其對應(yīng)的光敏三級管的紅外光很少；光敏三級管幾乎不產(chǎn)生電流，其集電極電位仍保持高電平，經(jīng)比較器B后形成“0”信號送入MCU的I/O口5。當計數(shù)器齒輪隨水流轉(zhuǎn)動時，兩比較器4的輸出信號在01，00，10，11之間轉(zhuǎn)換，MCU根據(jù)狀態(tài)變化，便可判斷計數(shù)器運動狀況。
如圖3所示，附著在計數(shù)器齒輪上的采樣光盤4的陰影區(qū)著對紅外光幾乎全吸收的黑色，非陰影區(qū)著對紅外光幾乎全反射的白色。光盤按45°間隔劃分為8個扇形區(qū)，其中3個連續(xù)相鄰扇形區(qū)著黑色，接著順時針方向相鄰的一個扇形區(qū)著白色，緊接著的順時針方向相鄰的一個扇形區(qū)著黑色，3個連續(xù)相鄰扇形區(qū)著白色。當計數(shù)器齒輪處于圖3所示0°位置時，兩個比較器輸出的狀態(tài)為00；計數(shù)器齒輪順時針旋轉(zhuǎn)45°處于圖3所示45°位置時，兩個比較器輸出的狀態(tài)為11。如此類推，如圖3中8個位置所示，當計數(shù)器齒輪順時針旋轉(zhuǎn)時，兩個比較器輸出的狀態(tài)歷經(jīng)00、11、10、00、11、01等6種狀態(tài)循環(huán)。這里可以注意到，計數(shù)器齒輪順時針旋轉(zhuǎn)時，00狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是11，01狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是00，10狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是00，11狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總不是00。
如圖4所示，當計數(shù)器齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，兩個比較器輸出的狀態(tài)歷經(jīng)00、01、11、00、10、11等6種狀態(tài)循環(huán)。這里可以注意到，計數(shù)器齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，00狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總不是11，01狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是11，10狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是11，11狀態(tài)之后續(xù)狀態(tài)總是00。
因此，計數(shù)器齒輪的順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)是很容易區(qū)分的。如當狀態(tài)由00轉(zhuǎn)到11時，可以判斷計數(shù)器齒輪正在順時針方向運動；當狀態(tài)由00轉(zhuǎn)到非11的其他狀態(tài)(01或10)時，可以判斷計數(shù)器齒輪正在逆時針方向運動。同理，當狀態(tài)由11轉(zhuǎn)到非00的其他狀態(tài)(01或10)時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在順時針方向運動；當狀態(tài)由11轉(zhuǎn)到00狀態(tài)時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在逆時針方向運動。當狀態(tài)由01轉(zhuǎn)到00時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在順時針方向運動；當狀態(tài)由01轉(zhuǎn)到11時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在逆時針方向運動。當狀態(tài)由10轉(zhuǎn)到00時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在順時針方向運動；當狀態(tài)由10轉(zhuǎn)到11時，可以斷定計數(shù)器齒輪正在逆時針方向運動。微處理器MCU根據(jù)這個規(guī)律可以區(qū)分計數(shù)器齒輪的運動方向，從而可區(qū)分水流的方向。
從以上分析還可以看到，當狀態(tài)由00歷經(jīng)11、10/01到達另一00狀態(tài)時，或由11歷經(jīng)10/01、00到達另一11狀態(tài)時，計數(shù)齒輪順時針旋轉(zhuǎn)正好180°，這時可以判定水表正向過水量為計數(shù)齒輪表示的過水單位的一半。如計數(shù)齒輪旋轉(zhuǎn)一圈代表10升過水量，則歷經(jīng)狀態(tài)00、11、10/01之后出現(xiàn)00狀態(tài)時，或歷經(jīng)狀態(tài)11、10/01、00之后出現(xiàn)11狀態(tài)時，可以判定水表已正向過水5升。同樣，當MCU檢測到一個完整的00、01/10、11、00狀態(tài)序列或一個完整的11、00、01/10、11狀態(tài)序列時，可以判定水表已反向過水5升。如此類推，MCU就可以將機械計量信號準確地轉(zhuǎn)換為電計量信號，完成計量定位。
權(quán)利要求1.一種具有光電檢測采樣電路的智能水表，包括外殼、置于外殼內(nèi)的機芯和電路板，所述電路板包括微處理器(1)，所述機芯包括計數(shù)器齒輪(2)，其特征在于所述電路板還包括光電檢測采樣電路，該光電檢測采樣電路包括三極管Q1、緊挨所述計數(shù)器齒輪(2)的兩個光電檢測對管Q2和Q3、以及兩個比較器(3)；所述三極管Q1的基極經(jīng)電阻R1與所述微處理器(1)的一個I/O端口電連接；所述一光電檢測對管Q2的發(fā)光二極管陽極和光敏三極管集電極分別經(jīng)R2、R3電連接至所述三極管Q1的集電極，另一光電檢測對管Q3的發(fā)光二極管陽極和光敏三極管集電極分別經(jīng)R4、R5同樣電連接至所述三極管Q1的集電極；所述兩比較器(3)的輸入端分別與所述兩光電檢測對管Q2和Q3的光敏三極管的集電極電連接，該兩比較器(3)的輸出端分別與所述微處理器(1)的另外兩個I/O端口電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的具有光電檢測采樣電路的智能水表，其特征在于所述計數(shù)器齒輪正對所述兩光電檢測對管Q2和Q3的一面附有采樣光盤(4)，該采樣光盤(4)表面按順時針方向依次涂覆135°黑色扇形區(qū)、45°白色扇形區(qū)、45°黑色扇形區(qū)和135°白色扇形區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的具有光電檢測采樣電路的智能水表，其特征在于所述兩光電檢測對管Q2和Q3是紅外收發(fā)對管。
專利摘要本實用新型涉及一種具有光電檢測采樣電路的智能水表，其電路板包括光電檢測采樣電路，該電路又包括三極管Q1、緊挨計數(shù)器齒輪(2)的兩光電檢測對管Q2和Q3、以及兩比較器(3)；三極管Q1基極與微處理器(1)的一個I/Q端口電連接；一光電檢測對管Q2的發(fā)光二極管和光敏三極管分別電連接至三極管Q1的集電極，另一光電檢測對管Q3的發(fā)光二極管和光敏三極管同樣電連接至三極管Q1的集電極；兩比較器(3)的輸入端分別與兩光電檢測對管Q2和Q3的光敏三極管集電極電連接，該兩比較器(3)的輸出端分別與微處理器(1)的另外兩個I/O端口電連接。本實用新型的技術(shù)效果在于所用電路簡單、成本低，水表的計量精度高，并能識別計數(shù)器齒輪的運動方向。
文檔編號G01F1/56GK2769855SQ20052005398
公開日2006年4月5日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者湯天順, 周志平, 許丹 申請人:深圳市華旭科技開發(fā)有限公司