[发明专利]多位十进制机械计数器显示值防误读模数转换中介码及转换装置

说明书

本发明涉及一种多位十进位机械计数器显示值防误读中介码及转换装置，目的是将字轮显示值转换为与其等值的二—十进制输出电子数字码。

本发明的背景技术：目前实际使用中的电能表、水表、煤气表等采用十进位机械计数器作累积计量值的仪表，常使用脉冲输出来进行数据远传，但因脉冲信号易受干扰而导致现场仪表和远程读表器之间的计量累积值不一致。为避免此种现象发生，需要一种将机械计数器的显示值直接进行模数转换的方法以可远传或远方查询。在模数转换过程中如果被转换的物理对象不能被传感器所直接接受，一般都需要引入中介物理量，即将物理对象首先转换为能被传感器所感受的光、电等信号，然后再用传感器识别。而随着数字技术的发展，上述的转换中往往采用逻辑状态编码技术，以减少转换过程中所引入的转换误差。在将机械线位移、角位移转换为电子数字编码时，一般都不将模拟量直接转换为等值的电子数字码输出，而是采用将模拟量首先转换为一种逻辑状态的中介码，然后将该中介码用电子数字电路译为可被计算机或其他数字电路所接受的二进制输出码。之所以不直接转换而要采用中介码，是因为传感器无法准确识别处于二个状态编码交界处的数字化状态信号，而往往在交界处发生错误读取状态信号的情况。例如以四个传感器为例：在₁₀₀₀⁰¹¹¹的交界处就可能读出从“0000”到“1111”的十六个编码中的任何一个。因此，如果在相邻二种状态交界处没有防止误读的措施，不使用中介码或采用不能防止误读的中介码的转换技术均被认为是没有实用价值的。本发明设计出用于机械计数器显示值模数转换的一套中介码方案和转换方法，中介码是以“0”“1”二种状态字符组成的一个字符串，其特点是相邻二个码仅有处于相同位置的一个字符状态相反，例：“0000”的其中一个相邻的码是“0001”。传感器无论将该相邻的二个不同的字符识别为哪一个都能被判为该二个相邻码之一。使用这套中介码方案和转换方法对多位机械计数器显示数字进行模数转换在发生进位时也要保证转换误差不超过末位数字轮的一个数字。

本发明的内容：一是解决背景技术存在的下述问题：首先是由于电能表、水表、煤气表等采用机械计数器作累积计量值的仪表，常使用脉冲输出来进行数据远传，但脉冲信号易受干扰而导致现场仪表和远程读表器之间的计量值累积值不一致；其次是采用上述脉冲信号或采用不能防止误读的直接模数转换技术的产品，不能适应由上而下的数据实时查询的工作要求；第三是因易受干扰或在计数器处于某些状态或在连续转动时易发生误读，转换精度不能保证。二是设计一套中介码方案保证在相邻二码标识带的交界处，传感器所读取的信号必定是相邻二码之一，而不会是其他码。三是设计一套模数转换方法使得机械计数器处于普通状态和进位状态模数转换时，电子输出码与机械计数器显示值的差异不超过末位字轮的一个字；多个传感器合用一条标识带使得机械计度器模数转换装置的结构简单易于制造。本发明的技术方案的核心是十进制机械计数器显示值防误读模数转换的中介码，而与采用何种原理进行转换关系不大；本发明所提供中介码技术方案适用于基于任何原理的使用传感器识别机械量状态信号的模数转换装置。无论传感器是使用光电(包括透光、反光和折光等)电磁、磁电、感应、电感、电容、电阻和霍尔效应等非电量到电量转换过程中都可用来使其防止误读。1.中介码的设计方案：该中介码排列呈环状，分为定义码和阻塞码，定义码对应字轮的显示数值产生与其等值的输出码，阻塞码产生供后续电子线路识别的阻塞或同步信号。定义码和阻塞码均是“0”和“1”二个状态字符构成的字符串且各码所用的字符个数相同，相邻二码之间只有一个处于同一位置的字符状态相反，本发明将具有如此特征的一组码称为环状中介码，即其首尾二码也按相邻二码要求，也只有一个处于同一位置的字符状态相反。每个定义码只与字轮的某个显示数字相对应，而每个显示数字允许有多个定义码相对应，阻塞码必须是和定义码不同的码，不同位置上出现的阻塞码与阻塞码之间则允许相同。只要保持字轮显示数字的相邻关系，以及定义码之间的相邻关系不破坏，其定义码与显示数字之间的对应关系可任意确定，在字轮为首和接尾的二个显示数字(即是显示数字“0”和“9”)之间插入所确定的阻塞码，且保持该组环状中介码的各码间相邻关系不破坏，本发明设计的中介码共十组(详见附图1)。2.标识带结构和传感器布置方案：本发明使用四个传感器对计数器的一位数字轮或与数字轮同步的回转体上同一条环状标识带进行识别，以达到简化模数转换装置的目的。①标识带的结构：十进位计数器的数字轮有十个显示数字，因此该数字轮相应的标识带也被分为十个标识区。对每个传感器而言，其标识带在十个标识区内分别有表示状态“0”或“1”的标识信号，这种状态信号在标识带上的分布状况称为该标识带的拓朴结构。如果一条标识带有一段相连的“1”状态和一段相连的“0”状态构成，那么当该标识带转动一周时将会出现一次从“1”到“0”和一次从“0”到“1”的变化，这种标识带的拓朴结构，称为是2变化的。依次类推可得出4变化和6变化等的拓朴结构。在一条标识带上用安装在不同位置的四个传感器读取其信号，当字轮旋转一周时四个传感器相应每个显示数字所读取的状态信号并不一定相同，但其“0”“1”状态信号的出现个数和变化的次序却是一样的，因为它们是由同一条标识带提供的信号，或者说它们读取的状态信号链的拓朴结构是一致的。反之，如果所选定的一组编码，若四个传感器所读取的信号链拓朴结构一致，那么它们就可能公用一条标识带。②中介码的数目与标识带拓朴结构的变化次数之间的关系：由于本发明设计的基础是环状中介码，基本特征是相邻二码只有一个处于同一位置的字符状态相反；也就是说当字轮转动时，每次只能有一个传感器所读取的状态信号发生变化。因此可得：组内中介码数目等于各传感器读取的标识带变化数之和。由于标识带的变化数必定是偶数，因此所选的中介码的数目也必定是偶数。十进位字轮模数转换后其输出码是十个，加上阻塞码，使得所选取的一组中介码至少应是12个。而十进位字轮至少需要4个传感器，本发明选用4个传感器对一位数字轮进行识别，当标识带为二变化时它们总共可以读出2×4＝8个不同的码，当标识带为四变化时它们总共可以读出4×4＝16个不同的码。中介码的数目也不能过多，因为一组中介码内至少要有十个仅出现一次的码作为对应输出码的定义码；如果码的数目过多就会使仅出现一次的码少于十个，构不成十进位字轮模数转换所需的中介码，由此得出四个传感器合用一条环状标识带的最简单的中介码拓朴结构是四变化的结构。当然也可以选择稍复杂一些的结构，例如六变化的标识带；但是就设计方法而言，与上述最简结构并无本质区别，相反含有过多的码就意味着要减小传感器的尺寸以降低其最小能识别的标识带长度，或增加阻塞码的个数；前者增加设计制造上的困难，后者影响实际使用效果。因此本说明书主要介绍标识带具有简单拓朴结构的方案。③标识带和传感器安装分布的相位关系：字轮的显示数字是沿着圆周等分排列的，因此名义上标识带的区域划分和传感器安装的标称位置均应以等分圆周为准；但实际上如果作严格的十等分，则在四个传感器共用一条标识带时就会引起超过一个的传感器同时读到标识带变化，这在作为机械计数器模数转换时可能会发生误读而不被允许的。本发明以标识带和传感器的标称位置为初始值，根据格中介码出现的次序，以传感器能识别的最小长度为单位，使标识带的某些变化界线和某些传感器的安装位置与其标称位置产生偏离，这种偏离称为标识带或传感器安装的相位(见附图3)。④环状中介码的有效性判断规则：一组有效的环状中介码必须具备的条件是组内码数不小于12且有十个或十个以上的码仅出现一次。⑤传感器的安装分布：根据多位机械计数器的结构及其邻近空间的几何尺寸和形状，标识带制作于字轮上或与字轮同步转动的回转体上的外侧或内侧或端面，传感器则根据传感的要求装在标识带的附近位置(见附图4和附图6)。传感器分布是指传感器安装时的各传感器的位置布置，将传感器安装所在的圆周十等分，传感器安装在每个等分区域的中心，在标识带转动时，当计数器字轮的某一显示数字中心线位于显示窗口的上下标界时，传感器分别对准相应标识区的两条分界线。任意认定某个传感器的安装位置为“0”循任一方向依次标出1～9的位置标号，本发明以{0 R₂ R₃ R₄}表示G1、G2、G3、G4四个传感器分别安装在0、R₂、R₃、R₄的位置上，注意：安装时只要将四个传感器分别安装在所标出的四个位置上，并不一定要G1对0、G2对R₂、G3对R₃、G4对R₄安装。⑥标识带的拓朴结构：将标识带十等分，将每个区域分别标上“1”或“0”，即可构成标识带的一种拓朴结构。本发明设计的四个传感器合用一条标识带的拓朴结构有[4114]、[4213]、[2125]和[211114]四种，上述“[4114]”表示当标识带顺着传感器安装标识方向转动时传感器能依次读到4个“1”、1个“0”、1个“1”和4个“0”环状排列的拓朴结构，该项参数也可以表示为4个“0”、1个“1”、1个“0”和4个“1”环状排列的拓朴结构，其余的以次类推，将上述标识带的拓朴结构中字符状态取反或反向旋转均属本质相同的拓扑结构。⑦标识带的拓朴结构与传感器安装分布的配合：本发明提供具有实用意义的标识带结构与传感器分布的组合方案共计十种，分别用：[4114]/{0123}、[4213]/{0156}、[2125]/{0134}、[4213]/{0123}、[4213]/{0126}、[4213]/{0235}、[4213]/{0256}、[4213]/{0135}、[4213]/{0345}和[211114]/{0123}表示。综上所述，本发明的总体技术方案是：①用于多位十进位机械计数器显示值模数转换的十组防误读中介码方案，这十组防误读中介码方案分别用代号[4114]/{0123}、[4213]/{0156}、[2125]/{0134}、[4213]/{0123}、[4213]/{0126}、[4213]/{0235}、[4213]/{0256}、[4213]/{0135}、[4213]/{0345}和[211411]/{0123}表示(每个代号同时也表示了标识带的拓朴结构与传感器安装分布的配合)，其中任何一组均可独立用于将多位十进位机械计数器显示值转换为与其等值的二—十进制数字电信号输出码的过程之中作为防误读中介码，每个中介码以一个四位二进制数字表示，它的权码是假设该四位二进制数字的各二进制数位具有8、4、2、1权时的等值十进制数字、用于简化对各中介码的表述，每组含有十个被称为定义码的中介码，并含有六个或十四个非定义码，在表中用粗线条表示其位置，各代号表示的中介码方案所含的二进制定义码及其对应权码如下：