【中國(guó)儀表網(wǎng) 儀表專利】創(chuàng)意無(wú)極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利――一種智能水表的光脈沖傳感器。該專利由智恒科技股份有限公司申請(qǐng)，并于2018年11月6獲得授權(quán)公告。
 

　　內(nèi)容說(shuō)明
 

　　本發(fā)明涉及智能水表領(lǐng)域，特別涉及一種智能水表的光脈沖傳感器。
 

　　發(fā)明背景
 

　　在智能水表行業(yè)內(nèi)，現(xiàn)有的水表流量采集傳感器主要包括以下幾種類型：磁感水表傳感器、攝像直讀水表、LC金屬感應(yīng)傳感器以及光感水表傳感器。其中，磁感水表傳感器需要在水表體內(nèi)安裝磁性指針，對(duì)金屬的水表體有吸引力作用，這會(huì)增大指針的旋轉(zhuǎn)阻力，影響水表的性能；攝像直讀水表的圖片數(shù)據(jù)量太大，網(wǎng)絡(luò)傳輸困難；成本較高，難以推廣；攝像頭功率較高，不能支持實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能替代人工定期讀取水表表盤(pán)數(shù)，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水表的流量過(guò)程； LC金屬感應(yīng)傳感器通用性較差。
 

　　光感水表傳感器的主要原理是在傳感器上集成處理器、發(fā)光二極管和感光電子元件，通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)送亮光，在水表表盤(pán)上產(chǎn)生反射后由感光電子元件吸收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；由于指針靠近感光電子元件時(shí)，對(duì)發(fā)光二極管的光亮或產(chǎn)生吸收、或產(chǎn)生反射，從而使得感光電子元件上感應(yīng)到的光強(qiáng)度產(chǎn)生變化，從而使輸出電信號(hào)變化；同時(shí)，由處理器根據(jù)電信號(hào)的變化，判別出水表指針的旋轉(zhuǎn)軌跡。
 

　　現(xiàn)有技術(shù)中主要存在以下三種光感水表傳感器：第一種，申請(qǐng)日為2016 .06 .21，申請(qǐng)?zhí)枮?01610449360 .9的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種單感光型水表傳感器。傳感器采用兩個(gè)發(fā)光二極管，傳感器的功耗較大，不利于智能水表采用電池供電的低功耗的要求。
 

　　第二種，申請(qǐng)日為2015 .11 .05，申請(qǐng)?zhí)枮?01510743251的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種水表傳感器，該水表傳感器的功耗也比較大，不利于智能水表采用電池供電的低功耗的要求。
 

　　第三種，申請(qǐng)日為2017 .08 .24，申請(qǐng)?zhí)枮?01721065902 .9的中國(guó)實(shí)用新型專利公開(kāi)了一種用于水表的外置式數(shù)據(jù)傳感器。該數(shù)據(jù)傳感器功耗較大，不利于智能水表采用電池供電的低功耗的要求。
 

　　發(fā)明內(nèi)容
 

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種智能水表的光脈沖傳感器，通過(guò)該光脈沖傳感器可極大的降低整體運(yùn)行功耗，進(jìn)而可很好的滿足智能水表采用電池供電的低功耗的要求。
 

 

本發(fā)明一種智能水表的光脈沖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖
 

　　本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種智能水表的光脈沖傳感器，所述光脈沖傳感器包括一傳感器殼體、一MCU、一線路板、一發(fā)光二極管、兩光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件、兩導(dǎo)光柱以及一限流電阻單元；所述MCU和線路板均設(shè)于所述傳感器殼體內(nèi)部，所述MCU固定在所述線路板上；所述MCU通過(guò)所述限流電阻單元與所述發(fā)光二極管的正極相連接，所述發(fā)光二極管的負(fù)極與所述MCU相連接；兩所述光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件均與所述MCU相連接；
 

　　所述光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件間距設(shè)于所述線路板的底部，且使兩所述光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件位于所述智能水表表盤(pán)指針的旋轉(zhuǎn)軌跡任意一處的正上方；每所述導(dǎo)光柱均固設(shè)于一所述光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件的下表面；
 

　　所述發(fā)光二極管傾斜設(shè)置在所述線路板的底部，且使所述發(fā)光二極管照射到所述智能水表表盤(pán)上的光斑位于兩所述導(dǎo)光柱的正下方。
 

　　進(jìn)一步地，所述光脈沖傳感器還包括一傳感器輸出引線，所述傳感器輸出引線的一端與所述線路板相連接，另一端延伸至所述傳感器殼體的外部。所述限流電阻單元至少包括一第一限流電阻以及一第二限流電阻；所述MCU分別通過(guò)所述第一限流電阻以及第二限流電阻與所述發(fā)光二極管的正極相連接；所述第一限流電阻與第二限流電阻的阻值不同。
 

　　所述限流電阻單元包括一第一限流電阻、一第二限流電阻、一第三限流電阻、一第四限流電阻以及一第五限流電阻；所述MCU分別通過(guò)所述第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻、第四限流電阻以及第五限流電阻與所述發(fā)光二極管的正極相連接；所述第一限流電阻、第二限流電阻、第三限流電阻、第四限流電阻以及第五限流電阻的阻值均不相同。
 

　　所述導(dǎo)光柱為凸面的導(dǎo)光柱。所述發(fā)光二極管為550納米波長(zhǎng)的發(fā)光二極管。所述MCU采用PIC16F1559芯片。所述光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件采用ISL29006芯片。
 

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1 、采用具有兩個(gè)獨(dú)立A D C (模數(shù)轉(zhuǎn)換) 通道的低功耗PIC16F1559芯片作為MCU，能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，從而可減少M(fèi)CU的運(yùn)行時(shí)間，并降低光脈沖傳感器的整體運(yùn)行功耗，進(jìn)而可很好的滿足智能水表采用電池供電的低功耗的要求；
 

　　2、在光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件上安裝具有凸面設(shè)計(jì)的導(dǎo)光柱，可增加有效感應(yīng)面積，使得光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件能夠感應(yīng)到更大的區(qū)域范圍，這樣表盤(pán)指針經(jīng)過(guò)該區(qū)域的時(shí)間就比較長(zhǎng)，從而可保證在降低發(fā)光二極管的發(fā)光頻率和對(duì)光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件的采樣頻率的情況下，也能夠正確捕捉到表盤(pán)指針到達(dá)該區(qū)域的狀態(tài)，這也有助于降低光脈沖傳感器的整體運(yùn)行功耗，進(jìn)而可很好的滿足智能水表采用電池供電的低功耗的要求；
 

　　3、具有根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)光二極管發(fā)光亮度的功能，可進(jìn)一步降低光脈沖傳感器的功耗，進(jìn)而可很好的滿足智能水表采用電池供電的低功耗的要求。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：MCU通過(guò)多種不同阻值的限流電阻單元來(lái)連接發(fā)光二極管；在工作時(shí)，MCU通過(guò)光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件上的電信號(hào)，即可判別出環(huán)境亮度的大小，再選擇相應(yīng)的限流電阻來(lái)控制發(fā)光二極管發(fā)光；由于環(huán)境亮度存在一定的波動(dòng)性，當(dāng)環(huán)境亮度越大時(shí)，MCU就控制小阻值的限流電阻使發(fā)光二極管發(fā)光，以提高發(fā)光亮度，增大信噪比；當(dāng)環(huán)境亮度越小時(shí)，MCU就控制大阻值的限流電阻使發(fā)光二極管發(fā)光，以適當(dāng)降低發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，例如在較暗的控制箱內(nèi)，可降低發(fā)光二極管的運(yùn)行亮度，以進(jìn)一步降低功耗；
 

　　4、巧妙的利用機(jī)械水表本身的表盤(pán)指針和表盤(pán)的顏色差異，根據(jù)不同顏色對(duì)光的吸收反射程度不同的原理來(lái)檢測(cè)表盤(pán)指針的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，并采集水表的實(shí)時(shí)流量；相比于磁感應(yīng)傳感器和LC金屬感應(yīng)傳感器，本實(shí)用新的光脈沖傳感器不需要對(duì)智能水表安裝特定的指針，因此，適用性強(qiáng)，尤其適合在舊表改造等場(chǎng)合使用；
 

　　5、采用高亮的550納米波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，且發(fā)光二極管采用具有一定斜度的安裝設(shè)計(jì)，使得照射在表盤(pán)上的光斑處于光學(xué)環(huán)境亮度感應(yīng)元件的正下方，可增大光的通量，提高與環(huán)境亮度的信噪比，并進(jìn)而可提高采集的準(zhǔn)確性和可靠性。