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专利名称：单行程往复式机械表头数据采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据采集处理技术，特别涉及机械式燃气表头数据自动采集装置。
背景技术：
机械式燃气表头，其计数原理是利用燃气的流动带动计数码轮转动进行计数的。 要实现自动抄表，需要将计数码轮的转动转换成电信号，除了必须保证表头数据采集的准 确性外，由于是嵌入表头内部的微型装置，必须做到结构紧凑，动作可靠，而且低功耗也是 必须达到的指标。这是一个艰巨的任务，众多开发人员为此进行了各种尝试和努力，但至目 前为止，尚未真正从实用角度解决好这一难题。 机械式燃气表头基本结构包括若干( 一般6个以上)计数码轮盘，燃气流动带动 计数码轮转动，各个计数码轮按照一定的转速比转动，对用气量进行计数并显示数字。目 前，自动抄表系统的数据采集装置一般由传感器、微处理器及其外围电路构成。传感器对计 数码轮的转动进行计数采集，并将采集的数据输入微处理器，由微处理器进行记录、累加和 编码传输。 采用传动机构驱动机械开关进行计数的表头数据采集装置，虽然克服了光电传感 器和磁传感器的缺点，但同时带来了如下问题 首先，表头数居采集装置是嵌入燃气表头的装置，其采用的机械开关等零件不便 于更换，机械运动产生的劳损是影响其寿命的一个重要因素。特别是现有技术中采用的按 钮开关，在动作过程中，传动机构会一直压迫按钮开关，使其复位簧片(弹簧)始终处于变 形状态，寿命大大縮短。 第二个问题是，现有技术的传动机构，在计数码轮转动过程中其动作存在临界点， 如果计数码轮停在该临界点，将会导致开关状态不确定，影响计数的准确性。

发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术的表头数据采集装置开关寿命 短，计数不准确的缺点，提供一种单行程往复式机械表头数据采集装置，可以克服现有技术 的缺点。 本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，单行程往复式机械表头数据采集 装置，包括计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构、机械开关和微处理器；所述机械开关 与微处理器连接，向其传输电平变化的信号；所述凸轮与计数码轮同步转动，带动曲臂连杆 运动，曲臂连杆与凸轮联动；其特征在于，所述凸轮转动到某一位置时，所述曲臂连杆通过 所述中间传动机构按压机械开关，向微处理器传输电平变化的信号，在所述凸轮转动过程 中的其他位置，所述中间机构对机械开关处于释放状态； 进一步的，所述凸轮为渐开线跳跃轮，所述曲臂连杆一端从所述渐开线跳跃轮最 高点跳到最低点时，其另一端驱动中间传动机构按压机械开关，在所述渐开线跳跃轮转动 过程中的其他位置，所述中间机构对机械开关处于释放状态；
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具体的，所述渐开线跳跃轮轮廓线为以所述计数码轮转动轴为圆心，基圆半径为r 的渐开线； 进一步的，所述基圆半径r小于所述计数码轮的半径R，以使所述渐开线跳跃轮轮 廓线不会超出所述计数码轮的轮廓线； 进一步的，所述曲臂连杆一端装有滚轮，所述滚轮与所述渐开线跳跃轮接触，所述 曲臂连杆另一端用于驱动中间传动机构； 具体的，所述中间传动机构包括牙轮、过渡轮盘，所述曲臂连杆一端仅在从所述渐 开线跳跃轮最高点跳到最低点时，其另一端才带动所述牙轮转动，所述牙轮转动到某一点 时驱动过渡轮盘按压机械开关，在所述渐开线跳跃轮转动过程中的其他位置，所述过渡轮 盘释放对机械开关的按压。 本发明的有益效果是，传动机构仅在动作点时对机械开关按压一次，在计数码轮 转动的其他位置，机械开关处于释放状态，极大地降低了机械开关的疲劳程度，延长了机械 开关的寿命。特别是配合渐开线跳跃轮作为凸轮，不存在临界点，确保了计数的稳定性和可靠性。


图1是实施例中计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构、机械开关配置关系示 意图； 图2为微处理器与开关连接关系示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。 本发明的技术方案，对现有技术传动机构驱动机械开关进行计数的表头数据采集
装置进行了改进，通过合理配置计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构及机械开关的运
动关系，使凸轮转动到某一位置时，驱动曲臂连杆动作，带动中间传动机构按压机械开关，
使机械开关触点连接发生变化，向微处理器传输电平变化的信号，而在凸轮转动过程中的
其他位置，中间传动机构对机械开关处于释放状态，解除对机械开关簧片或弹簧的压迫状
态，从而减轻机械开关的劳损，提高机械开关的寿命。 实施例 本例计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构、机械开关配置关系示如图1所示， 中间传动机构包括牙轮、过渡轮盘。曲臂连杆一端仅在从所述渐开线跳跃轮最高点跳到最 低点时，其另一端才带动所述牙轮转动，牙轮转动到某一点时驱动过渡轮盘按压机械开关， 在渐开线跳跃轮转动过程中的其他位置，过渡轮盘释放对机械开关的按压。
本例单行程往复式机械表头数据采集装置，包括计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间 传动机构、机械开关和微处理器。图1示出了本例计数码轮10、凸轮1、曲臂连杆2、中间传 动机构、机械开关配置关系示意图。图1中，凸轮1为渐开线跳跃轮，中间传动机构包括牙 轮30、过渡轮盘31、复位弹簧32、复位弹簧33等。过渡轮盘31外伸形成杆状用以按压控制 杆4，牙轮30安装在过渡轮盘31上，可以绕轴36转动。限位钉34固定在过渡轮盘31上， 对牙轮30的运动进行限位，复位弹簧33使牙轮30压贴于限位钉34的下方。当曲臂连杆2右端由渐开线跳跃轮1的最高点A跃向最低点B时，曲臂连杆2的左端推动牙轮30逆时 针转动，转动到限位钉34位置时，带动过渡轮盘31绕轴37随牙轮30 —起顺时针转动，使 过渡轮盘31向下按压机械开关的控制杆4，产生开关的动作，向微处理器传输电平变化的 信号。然后过渡轮盘31在复位弹簧32作用下沿顺时针方向复位，机械开关处于释放状态。 此刻曲臂连杆2的左端处于牙轮30的上方，渐开线跳跃轮1继续转动，曲臂连杆2的左端 向下运动，当接近底部位置时(曲臂连杆2的右端第二次接近A点前)，曲臂连杆2的左端 向下滑过牙轮30，到达牙轮30的下端，从而完成一个周期。从图1可以看出，在渐开线跳跃 轮1转动过程中的其他位置，过渡轮盘31释放对机械开关的按压。该中间传动机构使渐开 线跳跃轮1驱动曲臂连杆2，将阶跃下跳瞬间的单程下跳动作转变为往复(双行程)开关执 行的动作。 本例渐开线跳跃轮1轮廓线是以计数码轮10转动轴11为圆心，基圆半径为r的 渐开线，开线跳跃轮1轮与计数码轮10同步转动。本例的曲臂连杆2右端装有滚轮(图中 为示出)，滚轮与渐开线跳跃轮1的渐开线轮廓接触。这种装置了滚轮的曲臂连杆，可以降 低运行阻力，减少磨损。根据机械触点开关的安装位置、驱动形式等情况，可以将曲臂连杆1 及中间传动机构设计成各种结构形状，以便驱动机械开关动作。渐开线跳跃轮l的基圆半 径r的取值应根据机械触点开关动作行程合理选择，以使渐开线跳跃轮1转动过程中，曲臂 连杆2由图1中的A点跃向B点时，可靠地驱动中间传动机构完成开关切换的动作。为了 便于安装，并最大限度地减少对机械式燃气表头本身结构的影响，基圆半径r应小于计数 码轮10的半径R，使渐开线跳跃轮1轮廓线不超出计数码轮10的轮廓线。
本例的微处理器采用型号为MSP430F123的超低功耗微处理器，超低功耗微处理 器的一个高阻抗1/0 口与机械开关连接，根据开关输出的电平变化(高、低电平信号)进行 计数，每一次电平的变化代表计数码轮转过一周。参见图2。 本例中，机械开关选用商品型号为D2F-01F的单刀双掷开关。图2中还示出了 机械开关的电气结构，开关的两个静触点m、 n分别连接高电平和低电平，其动触点k与 MSP430F123的一个高阻抗I/O 口连接，随着开关的动作，动触点k向MSP430F123输出电平 变化的信号。该型开关由于特殊的结构，在高低电平转换过程中具有非常确定的状态，不存 在电平状态不稳定的临界状态，除非受到中间传动机构的驱动，动触点k输出的电平状态 不会产生变化。 本发明的技术方案，是在经过大量试验和分析之后得到的。在此过程中，申请人选 择了各种开关驱动方式，包括采用其他结构形式的驱动轮，无论从原理上还是实际上都不 能避免和克服开关状态不确定现象的发生。用于计数码轮中在使用过程中，其停顿位置具 有随机性如果驱动轮存在临界点，在此临界点处开关触点将会剧烈震荡，示波器上可看到 一片杂乱的电压波形，若直接计数将产生极大的计数值。通过软件编程可以使这个现象得 到一定程度的遏制，但那终究是被动的解决方式，并且很可能不能保证百分之百。本发明的 这种渐开线上升、阶跃下跳的驱动轮结构，从原理、根本上解决了开关的不确定状态。本发 明的渐开线跳跃轮还可以降低对驱动力的要求，这对于普通燃气表中计数码轮不到10g的 驱动力具有特殊的意义。本发明的渐开线跳跃轮转动平稳，转动过程中产生的阻力，均匀分 布在计数码轮转动的一周中，对表头产生的计数误差完全可以忽略，非常适合嵌入燃气表 头运行。
权利要求
单行程往复式机械表头数据采集装置，包括计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构、机械开关和微处理器；所述机械开关与微处理器连接，向其传输电平变化的信号；所述凸轮与计数码轮同步转动，带动曲臂连杆运动，曲臂连杆与凸轮联动；其特征在于，所述凸轮转动到某一位置时，所述曲臂连杆通过所述中间传动机构按压机械开关，向微处理器传输电平变化的信号，在所述凸轮转动过程中的其他位置，所述中间机构对机械开关处于释放状态。
2. 根据权利要求1所述的单行程往复式机械表头数据采集装置，其特征在于，所述凸 轮为渐开线跳跃轮，所述曲臂连杆一端从所述渐开线跳跃轮最高点跳到最低点时，其另一 端驱动中间传动机构按压机械开关，在所述渐开线跳跃轮转动过程中的其他位置，所述中 间机构对机械开关处于释放状态。
3. 根据权利要求2所述的单行程往复式机械表头数据采集装置，其特征在于，所述渐 开线跳跃轮轮廓线为以所述计数码轮转动轴为圆心，基圆半径为r的渐开线。
4. 根据权利要求2所述的单行程往复式机械表头数据采集装置，其特征在于，所述基 圆半径r小于所述计数码轮的半径R，以使所述渐开线跳跃轮轮廓线不会超出所述计数码 轮的轮廓线。
5 根据权利要求2所述的单行程往复式机械表头数据采集装置，其特征在于，所述曲 臂连杆一端装有滚轮，所述滚轮与所述渐开线跳跃轮接触，所述曲臂连杆另一端用于驱动 中间传动机构。
6. 根据权利要求2 5任意一项所述的单行程往复式机械表头数据采集装置，其特征 在于，所述中间传动机构包括牙轮、过渡轮盘，所述曲臂连杆一端仅在从所述渐开线跳跃轮 最高点跳到最低点时，其另一端才带动所述牙轮转动，所述牙轮转动到某一点时驱动过渡 轮盘按压机械开关，在所述渐开线跳跃轮转动过程中的其他位置，所述过渡轮盘释放对机 械开关的按压。
全文摘要
本发明涉及机械式燃气表头数据自动采集装置。本发明针对现有技术的表头数据采集装置开关寿命短，计数不准确的缺点，公开了一种单行程往复式机械表头数据采集装置，可以克服现有技术的缺点。本发明的技术方案包括计数码轮、凸轮、曲臂连杆、中间传动机构、机械开关和微处理器；所述机械开关与微处理器连接，向其传输电平变化的信号；所述凸轮与计数码轮同步转动，带动曲臂连杆运动，曲臂连杆与凸轮联动；所述凸轮转动到某一位置时，所述曲臂连杆通过所述中间传动机构按压机械开关，向微处理器传输电平变化的信号，在所述凸轮转动过程中的其他位置，所述中间机构对机械开关处于释放状态。本发明用于机械式燃气表数据的自动采集装置。
文档编号G01F15/07GK101769774SQ20101012328
公开日2010年7月7日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者张长明 申请人:四川恒芯科技有限公司