光电直读式智能水表系统的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——快速高精度光电直读式智能水表系统。该专利由扬州恒隆软件有限公司申请，并于2017年2月8日获得授权公告。

内容说明

本实用新型涉及水表领域，具体涉及一种快速高精度光电直读式智能水表系统。

发明背景

水表是关系民生的重要计量器具，近年来城市建设快速发展，但水表行业发展却相对缓慢。随着微电子技术、信息技术的发展，智能水表技术发展进入快车道，各类新技术用用层出不穷。

我国目前水表生产企业大约有600多家，虽然下游用户自来水厂、房地产公司等十分分散，但是竞争仍然比较激烈。摄像直读式远传水表产品最早是由北京北保电器公司2008年研发的，由于图像传输和数字译码方面不太成熟，导致产品没有普及推广。第二代产品由广东华旭等公司20011年研制，较好解决了图像处理、图像传输和译码传输等技术难题，使该项技术取得了突破性进展，目前，该产品已投入小批量生产，并在北京等地挂表试用，大面积推广还有待于应用时间和应用数量的考验。

虽然市场上已经出现直读式水表及其抄表系统，但抄表速度慢、容易误读、受环境光线影响等问题依然存在。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的发明目的在于提供一种快速高精度光电直读式智能水表系统，克服了现有的远传直读水表的普遍存在的结构复杂、容易受到外界光线干扰、相邻透射管之间相互干扰、总线式抄表系统容易出现故障、抄表速度慢等问题。

为实现上述发明目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种快速高精度光电直读式智能水表系统，主要由多个终端水表、抄表集中器以及抄表管理系统组成，所述终端水表包括单片机和多个字轮单元，每个字轮单元包括机械字轮和多组光发射接收对管，每组光发射接收对管中的发射管和接收管之间采用唯一对应的正交码序列CDMA信号通讯连接，所述正交码序列CDMA信号的每个码还采用曼彻斯特编码以使其跳变，所述单片机分别驱动每组光发射接收对管的发射管向接收管发出信号。

上述技术方案中，所述机械字轮采用透射式码盘，所述透射式码盘包括盘体和沿圆周方向依次设置并贯通所述盘体的两侧盘面的多个透光孔，每组光发射接收管的发射管和接收管分别位于位于所述盘体的两侧并投影在所述圆周位置处。每个字轮单元包括5组光发射接收对管，5组光发射接收对管的5个发射管沿半圆周方向依次设置，位于半圆周方向两端点位置的两个发射管的相邻两侧面之间形成180度夹角，位于半圆周方向两端点位置的两个发射管分别和与其相邻的两个发射管的相邻两侧面之间形成36度夹角，其余的三个发射管的相邻两侧面之间形成36度夹角，5组光发射接收对管的5个接收管沿半圆周方向依次设置，位于半圆周方向两端点位置的两个接收管的相邻两侧面之间形成180度夹角，位于半圆周方向两端点位置的两个接收管分别和与其相邻的两个接收管的相邻两侧面之间形成36度夹角，其余的三个接收管的相邻两侧面之间形成36度夹角。

所述抄表集中器和多个终端水表之间通过M＿BUS总线通讯供电，并且通过GPRS或接入internet的以太网通讯连接。同时采用抄表集中器轮询和终端水表自主通讯相结合的方式，抄表集中器设定各终端水表的通讯顺序，当后一终端水表检测到前一终端水表通讯完成后，后一终端水表立即发送采集信息，当抄表集中器发现个别终端水表的通讯数据错误时，采用单独召唤通讯方式所述M＿BUS总线还接入有DC/DC直流斩波器。

每个终端水表对应设有一唯一的二维码，所述快速高精度光电直读式智能水表系统还包括手持式抄表器，所述手持式抄表器与所述终端水表通过二维码相互识别并与所述抄表集中器通讯连接。所述手持式抄表器为智能手机或专用终端设备，所述智能手机或所述专用终端设备安装有设定的APP。所述单片机为带有可进行预付费，分段计量、分段计价功能的固化程序的微处理器。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：每个发射管的发射信号不是发射简单的有光、无光的脉冲信号，而是发射经过挑选的正交码序列，而每个码采用曼切斯特编码，保证每个码有跳变，消除环境因素的影响；而不同发射管采用不同的正交码序列，消除了邻近干扰；解决了目前难以在低成本方式下解决的不同发射接收对管之间的邻近干扰和外界环境透射光线对读数的干扰问题；通过提高总线驱动，提高通讯的通讯速率，在此基础上开发具有轮询和自主发送相结合的专用通讯协议，大大减小了抄表时轮询的等待时间，从而极大提高了抄表速度，提高了抄表效率、延长了集中器电池寿命，本实用新型中，抄表速到降低到40ms左右；抄表集中器静态功耗《5W；水表终端静态功《4mA；抄表集中器故障时，采用图像识别技术和二维码技术，实现水表断电时的抄表，利用二维码能够水表进行唯一识别，二维码容易定位的特点，解决了水表数字的定位难题，利用智能手机的照相机实现低成本的基于图像的抄表；通过设置预付费模块、分段计量模块以及分段计价模块，使水表系统具有预付费，分段计量、分段计价功能；设置阶梯水量不少于三级，满足国家推行阶梯水价要求。