专利名称：磁编码阵列传感直读表头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁编码阵列传感直读表头，尤其是指一种在机械式电、水、 气、热仪表计量字轮上按特定编码方式嵌入磁钢、字轮架上装入磁性阻力感应开关器件阵 列、再经过特定方法而直接得到字轮组显示数的装置。
背景技术：
自动水(气、热)表抄收及阶梯水(气、热)价是当前自来水、燃气、热力行业急需 的技术，主要有四大类型a、智能卡水(气、热)表；b、分线制集中抄表(户表产生计量脉 冲经有线联至抄表器，抄表器再组网至水(气、热)监控中心)C、总线制智能抄表方式(水 表上直接安装采集模块，可联网抄表或单独抄表，组网方便)d、无线发射式水(气、热)表。 在实现a、b、d三种功能之一时，就需将机械字轮组的显示数获取或转化为电子数据，目前 获取或转化方法有两大类，脉冲式和直读式。脉冲式是将旋转的计量轴圈数采集到并电子累加得到显示数，主要采用磁感应和 光感应两种方法，磁感应中由于传感器件不同又分为单干簧管传感、双干簧管传感、霍尔器 件传感、双干簧管保持式传感4种，前3种因功耗大、临界点颤动误发信号、可靠性差等已 基本不被使用，目前最好和最常用的是第4种，但此种方式有使用时间长后部份干簧管断 开电阻突然降为500欧左右而造成功耗突然加大、应对类似“水锤”这样的强干拢仍误发信 号、不能不记录反转脉冲等问题，当前水表、气表产品普遍质量不高、计量不准的原因就来 源于此。而光电传感方式则因其体积大、可靠性差，目前已几乎听不到还在使用的声音。脉冲式需要时刻给感应接收电路供电，因而其累计的耗电量是很大的，在电池供 电的水、气、暖表中，它的耗电占了电池能量的大部份，目前国产的水、气、暖表使用寿命短、 成本高(用大容量或多组电池)的原因均由其造成。直读式是保留原机械计量字轮组，采用某种方法在需要时直接获取字轮组上的显 示数。其方法大致分为四类光电式、触点式、摄像式、条码直读式。直读式有两个共同的优点1、从表具上读出的数据就是表盘上显示的数据，不是 脉冲。2、平时不需费电，只在读取数据的瞬间上电，因此，不怕停电。从理论上讲，它的读出 数据和表盘数据总是同步的。直读式以摄像直读式为最早，它的结构方式为在机械字轮显示窗前安装一只摄 像头，将拍到的数字图像传出后分析即可得到显示数；光电式是在每一位水表字轮周面上 设置五个反射面，在与之相对应的位置上设置五只光电耦合器，通过耦合器是否反射对计 数字轮的位置进行判定；希望读取几位就在几个字轮上安装传感器。例如读取5位数就安 装5X5 = 25对传感装置；触点直读式的结构方式为在指针式水表的表盘下面每一位指 针轴上装上一只同步电位器，通过触点电位器测出的阻值判定指针所指的位置；条码直读 式与光电式类同，但读取对象是条码。还有一种为计数直读式，其方案是将采集脉冲的芯片 装在计量字轮上，通过电池保持其工作，将纪录和累积的数据存蓄于芯片中，从芯片读出的 数据就是表盘同步数据，实际上是脉冲式的模块化。[0008]触点式由于是接触方式，磨损和老化都会使其失效，从而已不被使用；摄像直读式 没有改变原有水、气、暖表的机械标准，结构也较简单，但图像处理太复杂，把图像中的模糊 数字译成数码也是难点，另外，由于图像数据量大，采集、传递非常困难，摄像头在水表这样 的工作条件下，长期可靠性难以保障；光电式和条码直读式在现有民用水表的价值条件下， 打造如此高精密度产品所付出的代价与市场能够接受的程度本身就是一种矛盾，而国它们 均改变了水、气、热表的原有结构，能否短期内建立成熟的结构与标准，成为可靠的产品令 人质疑。最后，这两种方式的成本也太过昂贵，瞬间耗电太大而一般电池无法供出。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种磁编码阵列传感直读表头，尤其是一种低成本、 高可靠的、基本不改变水(气、热)表外型结构的机械字轮组显示数获取或转化为电子数据 的装置，以解决现有技术中的不足。本实用新型一种磁编码阵列传感直读表头，由字轮、钕铁硼磁钢、磁极、磁性阻力 感应开关(MR Sensor), PCB线路板组成，其特征在于在每一个字轮显示数(共10个)位 置下方依显示数为”0”- >”9”顺序按一定的编码原则嵌入钕铁绷磁钢及配重(设嵌入磁 钢为” 1”，嵌入配重为”0”)，之后覆盖带数字(0 9)的塑条；所述的磁性阻力感应开关，共 四排，分别焊装于两条PCB线路板上，并将该两PCB线路板分别以字轮盒底面成36°角安装 于字轮机架上(如图3所示)；另该表头内还设置有一条PCB线路板，其上安装有低功耗单 片机及附属电路，并外引出四根线(电源、地、两根信号线)。其中，所述的每一排磁性阻力感应开关，设置的数量等于字轮的位数。其中，所述的编码原则为a、连续嵌入钕铁硼磁钢的数目M <磁性阻力感应开关 的数目N ；b、磁性阻力感应开关的数目N彡4 ；C、对应显示位嵌入码开始，依序取出N位二进 制码，每个显示位一组码，共10组，这10组码不得相同。本实用新型的工作原理为钕铁硼磁钢和配重材料镶嵌在轮体中，当轮体旋转后 停留在某一位置时，4个磁性阻力感应开关必定分别对应一个磁钢或一个配重材料，如果磁 性阻力感应开关对应的是磁钢，则磁性阻力感应开关导通(用1表示)，如果对应的是配重 材料，则磁性阻力感应开关断开(用0表示)，轮体旋转一周，会有10中不同的组合通断，如 下表ι所示 表 1[0016]这10种不同的通断组合，可以通过外围电路传递给单片机，单片机便可以判断出当前字轮的位置，从而推导出字轮的显示数码。本实用新型一种磁编码阵列传感直读表头，其优点及功效在于本实用新型实现 了直读表头感应元件数量少、简单可靠；传感器件耗电下降为其它直读方案的几千分之一； 传感元件体积大幅度缩小且连接阵列化，基本不改变水、气、暖表的原有结构；使用本实用 新型设计的直读表头成本也下降至现行各种方案的几分之一；使用本实用新型设计的产品 在可靠性、识别准确性、大批量生产易行性方面都比现行方案有大幅提高。
图1 (a) (b) (c)所示为本实用新型磁编码阵列传感直读表头的结构示意图图2 (a) (b)所示为字轮示意图图3所示为磁性阻力感应开关安装示意图图4所示为磁性阻力感应开关阵列直读工作原理框图图5所示为本实用新型实施例磁性阻力感应开关阵列线路连接图图中具体标号如下1、字轮2、钕铁硼磁钢3、磁极4、磁性阻力感应开关5、PCB线路板具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的说明。请参阅图1所示，本实用新型一种磁编码阵列传感直读表头，由字轮1、钕铁硼磁 钢2、磁极3、磁性阻力感应开关4 (MR Sensor)、PCB线路板5组成，在每一个字轮1的显示 数(共10个)位置下方依显示数为”0”- >”9”顺序按一定的编码原则嵌入钕铁绷磁钢2 及配重(设嵌入磁钢为” 1”，嵌入配重为”0”)，之后覆盖带数字(0 9)的塑条(如图2所 示)；所述的磁性阻力感应开关，共四排，分别焊装于两条PCB线路板上，并将该两线路板分 别以字轮盒底面成36°角安装于字轮机架上(如图3所示)；另该表头内还设置有一条PCB 线路板，其上安装有低功耗单片机及附属电路，并外引出四根线(电源、地、两根信号线)。所述的编码原则为a、连续嵌入钕铁硼磁钢2的数目M <磁性阻力感应开关的数 目N ；b、磁性阻力感应开关的数目N彡4 ；C、对应显示位嵌入码开始，依序取出N位二进制 码，每个显示位一组码，共10组，这10组码不得相同。如下表2中是最常用的11种编码 表2在字轮1为6个的情况下，各字轮1取序号4方案磁钢/配重编码，可将每个字轮 1对应的磁性阻力感应开关器件4按图5所示的方式联接。根据上述结构，在字轮1内嵌入钕铁硼磁钢，字轮架上装入磁性阻力感应开关4并 组成阵列，则可以用超低功耗单片机在外电供给时间内进行字轮显示数直读，其过程是外 电到来，单片机复位，先控制0C门使CI 1 C14发射极接地，CI 1 C14进入工作状态，经适 度延时后，单片机读入扫描输入数，该数即为第1字轮此时刻的显示位对应码，查上表序号4，即可得到第1字轮此时刻的显示值，最后关断CI 1 C14发射极相连的0C门，打开C21
C24发射极相连的0C门，重复进行上述操作，即可得到第2字轮此时刻的显示值，......，
最后得到6个显示数。在上述的方案若在工程实现中识别误码率高时，可增加磁性阻力感应开关及磁钢 数，但原理相同。需要特别说明的是，本实用新型的这种磁编码阵列传感直读表头，可应用于电表、 水表及气表等需要进行数据直读的计量器具中，该方案结构简单，并且，在不进行数据采集 的时候，外围电路可以处于不供电的状态，只在进行数据抄读时才进行供电，可极大的减少 电能的消耗。
权利要求一种磁编码阵列传感直读表头，由字轮、钕铁硼磁钢、磁极、磁性阻力感应开关、PCB线路板组成，其特征在于在每一个字轮显示数位置下方依显示数为“0”到“9”顺序按一定的编码原则嵌入钕铁绷磁钢及配重，之后覆盖带数字的塑条；所述的磁性阻力感应开关，共四排，分别焊装于两条PCB线路板上，并将该两线路板分别以字轮盒底面成36°角安装于字轮机架上；另该表头内海设置有一条PCB线路板，其上安装有低功耗单片机及附属电路，并外引出四根线。
2.根据权利要求1所述的磁编码阵列传感直读表头，其特征在于所述的每一排磁性 阻力感应开关，设置的数量等于字轮的位数。
专利摘要本实用新型涉及一种磁编码阵列传感直读表头，由字轮、钕铁硼磁钢、磁极、磁性阻力感应开关、PCB线路板组成，其特征在于在每一个字轮显示数位置下方依显示数为”0”-＞”9”顺序按一定的编码原则嵌入钕铁绷磁钢或配重，之后覆盖带数字的塑条；所述的磁性阻力感应开关，共四排，分别焊装于两条PCB线路板上，并将该两线路板分别以字轮盒底面成36°角安装于字轮机架上；另设置有一条PCB线路板，其上安装有低功耗单片机及附属电路，并外引出四根线。使用本实用新型在可靠性、识别准确性、大批量生产易行性方面都比现行方案有大幅提高。
文档编号G01D5/12GK201589621SQ20092010948
公开日2010年9月22日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者刘新宇, 姜树泉, 曹海明, 王瑞毅, 陈仲平 申请人:苏州银河龙芯科技有限公司