專利名稱：抗干擾零誤差的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電、自來水、燃?xì)獾炔块T遠(yuǎn)程采集用戶消費(fèi)計(jì)量表讀數(shù)的計(jì)量數(shù)據(jù)集中處理傳送系統(tǒng)。
計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，通常被稱之謂“自動(dòng)抄表系統(tǒng)”，議題起源于1992年，其間幾經(jīng)周折，到2002年形成當(dāng)前市場的主流模式。
登陸INTERNET網(wǎng)，搜索“自動(dòng)抄表”將發(fā)現(xiàn)數(shù)千篇相關(guān)的文章，其中大多是各自吹噓自己的產(chǎn)品，這里僅就千家網(wǎng)(www.qianjia.com/amr)上一篇比較客觀介紹自動(dòng)抄表發(fā)展經(jīng)歷的、署名“思想家”發(fā)表的文章《自動(dòng)抄表系統(tǒng)發(fā)展三部曲》(以下簡稱《三部曲》)為參照，概括背景技術(shù)。
傳統(tǒng)的各種消費(fèi)計(jì)量表，采用類同的結(jié)構(gòu)模式一把流量(電度表可理解為電的流量)變換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使用多級(jí)帶十進(jìn)制數(shù)值顯示的輪系遞進(jìn)，組成累計(jì)消費(fèi)量的計(jì)費(fèi)依據(jù)。
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理，先要改造計(jì)量表的結(jié)構(gòu)，使之可以向外傳送計(jì)量信息，這里統(tǒng)一把改造后的計(jì)量表，按業(yè)界公認(rèn)的說法稱之為“遠(yuǎn)傳表”?！度壳分邪选斑h(yuǎn)傳表”根據(jù)“采樣方式”分為“脈沖方式”和“機(jī)械位置方式”兩大類。其中“脈沖方式”主要的代表是使用干簧管或霍爾元件構(gòu)造的、磁敏傳感方式和光電傳感方式。因?yàn)椴蓸訖C(jī)構(gòu)通常針對(duì)最初級(jí)的輪系，所以一般未考慮更經(jīng)濟(jì)方便的機(jī)械開關(guān)；機(jī)械位置方式則因要識(shí)別一個(gè)碼輪十種不同的位置，成本太高且加工、裝配精度的實(shí)現(xiàn)都有困難，而僅被少數(shù)高端產(chǎn)品采用。
最近兩年更在兩種采樣方式的基礎(chǔ)上，增加多級(jí)十進(jìn)制電子計(jì)數(shù)器，構(gòu)成如《三部曲》中命名的“直讀表”。向外傳輸?shù)男盘?hào)也由脈沖信號(hào)流，或位置信號(hào)變換的累計(jì)數(shù)據(jù)流，等待“數(shù)據(jù)采集器”的命令，向公用的“總線”傳輸完整的數(shù)值記錄，形成現(xiàn)在的主流模式。
對(duì)于從“遠(yuǎn)傳表”到“數(shù)據(jù)采集器”之間的信息傳輸，大家都在拼命尋求高新技術(shù)解決干擾等可靠性的問題，試遍了所有可資利用的傳輸方法，正如《三部曲》第一階段中所述“五花八門，各家都吹噓自己的方式是最好的，事實(shí)上家家都有本難念的經(jīng)”。最后總算取得了一致意見，達(dá)成使用485總線的共識(shí)。在《三部曲》第三階段中總結(jié)道“不管采取何種方式，業(yè)界已經(jīng)取得共識(shí)，表具必須具備直接輸出數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)采取總線制的結(jié)構(gòu)。分線制結(jié)構(gòu)一定是江河日下了。”除那些純廣告性的產(chǎn)品介紹外，一些稍帶評(píng)論性質(zhì)的文章，無不中肯地承認(rèn)這些技術(shù)仍存在許多問題。主要的當(dāng)然是指抗干擾性差(脈沖式)；作為比較兩類采樣方式的優(yōu)劣，又有脈沖式內(nèi)部供電電池的壽命、位置方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜精度成本高等問題?！度壳返诙A段綜合總結(jié)為兩類結(jié)構(gòu)是在電子難度與機(jī)械難度的交換。
說白了，背景技術(shù)發(fā)展12年的歷史，專家們一直在黑暗中摸索，根本沒找到正確的道路！首先“業(yè)界”津津樂道的“精度”或“誤差”，是計(jì)量法規(guī)對(duì)消費(fèi)計(jì)量表的最基本要求和必要保證?！白詣?dòng)抄表”要做的不過是讀取這些現(xiàn)成的數(shù)值而已，卻偏偏搞出一套“雙軌制”從源頭去重復(fù)計(jì)量，結(jié)果形成了至今的主流模式“直讀表”。
這種把本來在“數(shù)據(jù)采集器”中，軟件集中完成的脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)的工作，分離到各自獨(dú)立的“遠(yuǎn)傳表”中的做法，不但成倍地提高了單表的改造成本、因追求高新傳輸技術(shù)反而增加了“數(shù)據(jù)采集器”的成本，更沒有從根本上克服諸如水表的水錘、倒流；電表的瞬時(shí)功率和平均功率脈沖不同步等造成的，可視的讀數(shù)難以與脈沖累計(jì)數(shù)值保持同步的問題，只不過把本來集中在初級(jí)信號(hào)的傳輸干擾，分離到針對(duì)脈沖累計(jì)數(shù)值輸出的數(shù)據(jù)流而已。
事實(shí)上脈沖累計(jì)計(jì)數(shù)與可視讀數(shù)不同步“胎里病”造成的誤差，不可能憑先進(jìn)的傳輸技術(shù)解決；相反由于“直讀表”內(nèi)始終保持最新的數(shù)據(jù)隨時(shí)可能主動(dòng)讀得正確累計(jì)值，并不構(gòu)成對(duì)用戶的計(jì)費(fèi)總額的錯(cuò)誤，一切提高傳輸成本的做法都是在“畫蛇添足”。
本發(fā)明的目的就是要提供一種在保證更高傳輸可靠性(抗干擾，正確地定義所謂“精度”或“誤差”的概念)的基礎(chǔ)上，以背景技術(shù)無法比擬的低成本，實(shí)現(xiàn)從各種計(jì)量表采集與視在值保持同步的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)健皵?shù)據(jù)采集器”中，統(tǒng)計(jì)整理還原成零“誤差，，的累計(jì)數(shù)據(jù)后集中傳輸(系統(tǒng)外上傳)功能的數(shù)據(jù)集傳(自動(dòng)抄表)系統(tǒng)。
在說明本發(fā)明的技術(shù)方案之前，先探討一下“自動(dòng)抄表”在供應(yīng)部門計(jì)費(fèi)終端需了解的量值原始的計(jì)量表均具備累計(jì)顯示功能，傳統(tǒng)收整存零的計(jì)費(fèi)方式并無不妥；至多帶一位小數(shù)就足以滿足包括因水資源保護(hù)，對(duì)單用戶或按人口月用水限量零頭計(jì)費(fèi)的需要。
本發(fā)明的技術(shù)方案，并不在于提供更高新的技術(shù)(對(duì)此，背景技術(shù)已經(jīng)如俗語所云“高射炮打蚊子--大材小用了”)，而是指出改變思維方式的辦法，從改變對(duì)傳輸信息的處理方法入手，使用最簡單的元器件，達(dá)到遠(yuǎn)非背景技術(shù)可比的、更好的性能標(biāo)準(zhǔn)。從對(duì)背景技術(shù)發(fā)展的評(píng)點(diǎn)可以清楚地看出，本發(fā)明把切入點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了背景技術(shù)的源頭。
基于一般數(shù)據(jù)傳輸普遍追求保證傳輸質(zhì)量的高速度的理念，背景技術(shù)在“遠(yuǎn)傳表”與“數(shù)據(jù)采集器”之間傳輸?shù)男畔?，也未免俗地承繼了這種思路。早期“脈沖采樣遠(yuǎn)傳表”與數(shù)據(jù)采集器之間傳輸?shù)男畔?，?dāng)然是“數(shù)據(jù)采集器”在被動(dòng)地計(jì)數(shù)脈沖的上或下沿。
本發(fā)明基本技術(shù)的關(guān)鍵在于把早期背景技術(shù)中“數(shù)據(jù)采集器”被動(dòng)計(jì)數(shù)“遠(yuǎn)傳表”脈沖的方法，改為依賴采樣器件體現(xiàn)的不同電平，遠(yuǎn)非干擾信號(hào)可比的、足夠的持續(xù)時(shí)間，主動(dòng)監(jiān)測電平的變化。經(jīng)反復(fù)多次采樣比較，從排斥了干擾信號(hào)造成假象(被監(jiān)測開關(guān)動(dòng)作時(shí)的變化亦被視為干擾信號(hào))的靜態(tài)電平，高低變化次數(shù)得到的計(jì)數(shù)值，必能保證與視在數(shù)值同步。甚至不改動(dòng)早期背景技術(shù)的硬件組合，就能實(shí)現(xiàn)這樣的方法改變。以下用“電平”和“脈沖”兩種不同的說法，區(qū)別描述本發(fā)明與背景技術(shù)處理信息傳輸?shù)姆椒ā?br> 既然改最簡單的脈沖采樣技術(shù)為電平監(jiān)測的方法，能以最小的成本達(dá)到發(fā)明目的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的位置采樣及成本更高的“直讀表”自然不包括在本發(fā)明探討范圍。
必須強(qiáng)調(diào)聲明早期的“脈沖采樣”技術(shù)雖不可靠，卻很難從硬件結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)其與本發(fā)明的基本區(qū)別。例如早期“遠(yuǎn)傳表”中被采樣識(shí)別體(磁敏傳感器的磁性體、光電傳感光路通、斷的孔或缺口等)，即使設(shè)置在最初級(jí)的位置，且在圓周上所占比例很小，在最大負(fù)荷造成最大轉(zhuǎn)速時(shí)，被采樣時(shí)體現(xiàn)的高低電平中占比例較小者的時(shí)間，也不至于小到千分之一秒以下，對(duì)應(yīng)單片機(jī)百萬分之一秒的機(jī)器周期，已足夠排除最頑固的干擾信號(hào)，保證正確的識(shí)別取值(水表倒流或其它故障性因素除外)。
孫小唐先生直讀表的授權(quán)發(fā)明(專利號(hào)ZL001052551)尚且被侵權(quán)，在INTERNET網(wǎng)上公開聲訴，本發(fā)明更難免公開后被無償剽竊占用。為保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，詳述本發(fā)明與早期脈沖采樣方式的區(qū)別背景技術(shù)僅靠避免或壓制干擾信號(hào)的幅度，區(qū)別是否正常的計(jì)數(shù)脈沖；本發(fā)明則不必須回避這些干擾信號(hào)，憑借正常電平絕對(duì)大于干擾信號(hào)持續(xù)時(shí)間的因素識(shí)別并排除干擾。識(shí)別是否構(gòu)成侵權(quán)行為的方法，是在遠(yuǎn)傳表和數(shù)據(jù)采集器傳輸通道上，強(qiáng)行注入足夠幅度的干擾信號(hào)，不影響記數(shù)值與遠(yuǎn)傳表讀數(shù)同步者，即構(gòu)成本發(fā)明的特征事實(shí)上對(duì)基于傳統(tǒng)機(jī)械式計(jì)量表改造的“遠(yuǎn)傳表”，機(jī)械進(jìn)位體系的采樣完全可以也只須針對(duì)計(jì)費(fèi)最低位(一般針對(duì)小數(shù)點(diǎn)后一位)，這樣不但能更有力地完全排除所有干擾，同時(shí)自然克服了諸如水表的水錘、倒流等因素的影響，真正作到零“誤差”計(jì)量收費(fèi)。
設(shè)置在被采樣位的采樣識(shí)別體，可以是單一的(設(shè)置在更低一位)，也可以沿圓周勻布幾個(gè)，數(shù)量為1或2時(shí)統(tǒng)計(jì)該位旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，構(gòu)成上位計(jì)數(shù)單位；數(shù)量為5或10則統(tǒng)計(jì)高低電平的數(shù)量構(gòu)成計(jì)數(shù)最低位。提倡在不增加成本的基礎(chǔ)上，使采樣產(chǎn)生的高低電平時(shí)間相等或接近，即使差異很大也不過在單片機(jī)中增加幾個(gè)字節(jié)的編程量而已。
這種按收費(fèi)計(jì)量最低位決定采樣位置的方法，使得背景技術(shù)無法選用的，成本最低、改造、制造及安裝最易的彈性簧片開關(guān)(以下簡稱“微動(dòng)開關(guān)”，而把包括其它傳感器方式構(gòu)造的開關(guān)量統(tǒng)稱為“開關(guān)”)，因壽命足夠保證不低于其它部件，而成為本發(fā)明采樣技術(shù)的首選器件。
為克服意外事故造成數(shù)據(jù)采集器可能形成累計(jì)誤差，在遠(yuǎn)傳表采樣位的上位(或隔位)設(shè)置同樣或不同的采樣裝置作為進(jìn)位調(diào)整器，在上位采樣電平發(fā)生變化時(shí)糾正可能的誤差，強(qiáng)制調(diào)整至正確值(上位加1，低位全0)。
歸結(jié)構(gòu)成本發(fā)明以早期簡單實(shí)用的“脈沖遠(yuǎn)傳表”基本結(jié)構(gòu)，取代以大大提高改造成本為代價(jià)的“直讀表”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗干擾的總體技術(shù)特征為保證采樣周期表征的高、低電平延續(xù)的時(shí)間，至少在最大流速時(shí)遠(yuǎn)高于最頑固的干擾造成誤判的時(shí)間，數(shù)據(jù)采集器反復(fù)檢測被識(shí)別的采樣電平，以識(shí)別最低保持時(shí)間的方法，確認(rèn)并計(jì)數(shù)采樣周期，達(dá)到抗干擾計(jì)數(shù)的目的。與背景技術(shù)比較，雖同樣是高低電平的變化體現(xiàn)在傳輸電路上，且同樣是“數(shù)據(jù)采集器”在累計(jì)這些變化量，卻因“脈沖”和靜態(tài)“電平”的區(qū)別，使“數(shù)據(jù)采集器”得以采用完全不同的判斷策略，徹底排除干擾造成的錯(cuò)誤。
現(xiàn)在流行的各戶計(jì)量表統(tǒng)一安裝在戶外的“一戶一表”方式，使得各表可以和數(shù)據(jù)采集器共處一箱之內(nèi)，其間聯(lián)線之短，使得“遠(yuǎn)傳”兩字可以免矣。在這樣環(huán)境安裝的“電平遠(yuǎn)傳表”甚至可以采取最簡單的結(jié)構(gòu)；只要把表內(nèi)的兩個(gè)開關(guān)一端并聯(lián)，連同另一端總共三條線輸出。其中并聯(lián)的一端分別輸入“數(shù)據(jù)采集器”各占一個(gè)端口，另一端分別互相并聯(lián)成兩條公共傳輸線路。這樣，“數(shù)據(jù)采集器”只要分別對(duì)兩公共線輸出監(jiān)測電平，即可依次監(jiān)測所有表具兩個(gè)開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。至于“數(shù)據(jù)采集器”如何統(tǒng)計(jì)，存儲(chǔ)及傳輸這些數(shù)據(jù)，屬于現(xiàn)有技術(shù)中最基本的知識(shí)，不再進(jìn)行具體的技術(shù)理論分析。
由于本發(fā)明對(duì)傳輸線路干擾不敏感，這種“分線制”傳輸亦可適應(yīng)不改變?cè)瓉淼倪M(jìn)戶結(jié)構(gòu)的地方，且對(duì)線路質(zhì)量無任何要求。如使用帶屏蔽的雙芯線，為充分發(fā)揮屏蔽線作用，傳輸?shù)姆椒ǜ臑椤半娖竭h(yuǎn)傳表”開關(guān)的公共線接屏蔽層，兩開關(guān)的另一端分別占用“數(shù)據(jù)采集器”的一個(gè)端口。
這種簡單結(jié)構(gòu)的“電平遠(yuǎn)傳表”，如安裝在戶內(nèi)且沒有任何防護(hù)措施，唯一不可直接避免的是，用戶蓄意破壞線路造成的欺騙性漏記數(shù)，這是個(gè)道德或法制的問題，可以利用不定期突擊檢查等手段震懾大部分，這種現(xiàn)象雖已超出了技術(shù)討論的范疇，本發(fā)明亦有相應(yīng)解決辦法傳輸線路的斷路或短路，既可能是出現(xiàn)的意外故障，又可能是人為破壞造成傳輸數(shù)據(jù)欺騙。本發(fā)明提供及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)告故障的技術(shù)關(guān)鍵是在“電平遠(yuǎn)傳表”的兩個(gè)開關(guān)處于任何狀態(tài)時(shí)，必須保證被檢測到的信號(hào)中包含高、低兩種電平，否則就認(rèn)定為故障。具體方案稍后再作介紹。
鑒于本發(fā)明處理傳輸信號(hào)方式的改變，使得早已被淘汰出局的簡單“脈沖遠(yuǎn)傳表”得以“借尸還魂”，以無可比擬的價(jià)格優(yōu)勢占領(lǐng)市場。除“微動(dòng)開關(guān)”的特色外，很難從使用其他傳感器件組織的開關(guān)電路，硬件上判斷構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的侵權(quán)。根據(jù)“說明書也是對(duì)權(quán)利要求的進(jìn)一步解釋”、“發(fā)明克服了人們的偏見”，以及發(fā)明專利保護(hù)的范圍牽涉“方法”的相關(guān)規(guī)定在此申明凡以反復(fù)檢測電平狀態(tài)計(jì)數(shù)電平變化周期數(shù)，直接注入足夠幅度的干擾信號(hào)仍能正確反映再現(xiàn)視在讀數(shù)的系統(tǒng)，均包含在本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求范圍之內(nèi)；凡以主動(dòng)形成可變檢測電平的方法，判斷傳輸線路或“遠(yuǎn)傳表”故障的技術(shù)，均在本發(fā)明的從屬權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。發(fā)明人為此準(zhǔn)備了專用的、以強(qiáng)制注入可變干擾信號(hào)為主要手段的檢測方法，可以在不要求侵權(quán)人提供任何軟件等技術(shù)內(nèi)核的前提下識(shí)別侵權(quán)產(chǎn)品，取得有效的法律依據(jù)。
構(gòu)成本發(fā)明解決了業(yè)界十幾年沒有得到有效辦法的、內(nèi)含有源器件的“電平遠(yuǎn)傳表”內(nèi)部可以不用電源的關(guān)鍵技術(shù)，是幾乎人盡皆知的以一個(gè)二極管和一個(gè)電容組成的外電源充電，電容維持的方法(圖1)。圖中二極管ZD阻止反向電流的作用，在于兼作同步信號(hào)傳輸?shù)墓╇娋€SR輸出電平低時(shí)，不致影響CD的維持電流。至于如何調(diào)整傳輸電壓與電路使用電壓差值，是專業(yè)人員起碼的常識(shí)，提供具體的電路反而會(huì)降低專利保護(hù)范圍。所以包括所有的附圖在內(nèi)，均不包含與發(fā)明主題無關(guān)，且結(jié)構(gòu)原理顯見的具體電路圖2到圖6示意了從分立元件、集成電路到單片機(jī)的幾種“電平遠(yuǎn)傳表”附加電路的結(jié)構(gòu)原理。只要圖2和圖3的簡單電路就能以極低的成本，很好地滿足分線制的傳輸及故障監(jiān)測的全部要求。具體電路分析將在實(shí)施例中進(jìn)行。
至于“數(shù)據(jù)采集器”如何利用上述兩種電路提供的條件，準(zhǔn)確判斷兩開關(guān)的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并向上位機(jī)報(bào)告斷路或短路故障，也是軟件工程人員起碼的常識(shí)，故不再詳述。
以上是本發(fā)明適用于分線制的“電平遠(yuǎn)傳表”的技術(shù)描述。在集中安裝的“一戶一表”系統(tǒng)，或布線距離較短的分戶安裝體系中可以很好地工作。另外由于這種“電平遠(yuǎn)傳表”可以最簡單的方法、極低的成本改造普通計(jì)量表，便于直接委托計(jì)量表制造廠生產(chǎn)，從而集中資金投入“數(shù)據(jù)采集器”的生產(chǎn)，以較少的投資得到更廣泛的市場覆蓋。
構(gòu)成本發(fā)明技術(shù)的精華在于從“遠(yuǎn)傳表”到“數(shù)據(jù)采集器”線路傳輸理念的升華。本發(fā)明把類同于背景技術(shù)“總線”占用理念的同線傳輸?shù)姆绞?，稱之為“集線制”，以示與基于硬件通訊協(xié)議的“總線”結(jié)構(gòu)的區(qū)別。其連接方式類似于主從式單片機(jī)串行口通訊，為區(qū)別單片機(jī)串口的傳輸性質(zhì)，以SR、XH取代TXD和RXD這樣傳統(tǒng)的標(biāo)注(如圖6所示)。
“集線制”的XH線，用于“數(shù)據(jù)采集器”判斷各“電平遠(yuǎn)傳表”當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)的信號(hào)傳輸，為使“電平遠(yuǎn)傳表”適應(yīng)同線占用的要求，一般采用常見的集電極開路輸出，在不占線時(shí)對(duì)XH線不產(chǎn)生任何影響。
決定各表占線時(shí)機(jī)的，是在高電平時(shí)向“電平遠(yuǎn)傳表”傳輸維持電流、擔(dān)負(fù)著雙重任務(wù)的SR線，根據(jù)配接“電平遠(yuǎn)傳表”的不同結(jié)構(gòu)，可以等寬的低電平向各“電平遠(yuǎn)傳表”發(fā)布單一同步信號(hào)，也可以不同寬度的低電平分別發(fā)布同步或計(jì)數(shù)信號(hào)，CR命令的抗干擾能力，同樣依靠遠(yuǎn)比最頑固的干擾信號(hào)大的電平寬度，而不是幅度。
因本發(fā)明抗干擾措施的特點(diǎn)，分立元件或集成電路組織的“電平遠(yuǎn)傳表”，不適用脈沖沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器接收命令信號(hào)，通常使用精確的延時(shí)電路(如圖5)，區(qū)別不同的編號(hào)以對(duì)同步信號(hào)不同的延遲時(shí)間占線；使用普通單片機(jī)的“電平遠(yuǎn)傳表”，以軟件設(shè)置各表不同的計(jì)時(shí)時(shí)間，控制延時(shí)占線的時(shí)機(jī)；沒有或設(shè)計(jì)不使用計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)器的單片機(jī)構(gòu)造的“電平遠(yuǎn)傳表”，可以軟件編程脈沖寬度識(shí)別程序，包括帶脈寬識(shí)別電路的遠(yuǎn)傳表，適用于以不同寬度的低電平分別發(fā)布同步或計(jì)數(shù)命令的SR信號(hào)，根據(jù)同步信號(hào)之后記數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)，決定自己的占線的時(shí)機(jī)。
從以上分立元件或集成電路的工作原理可以得出結(jié)論可以非常簡單的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造適用于“電平遠(yuǎn)傳表”專用集成電路，從而可以最低的成本、最小的體積及最容易實(shí)現(xiàn)的改造方法，吸引專業(yè)計(jì)量表生產(chǎn)廠家接產(chǎn)。發(fā)明人保留這一設(shè)計(jì)的權(quán)利，將以最快的速度申報(bào)“實(shí)用新型”專利，盡快形成社會(huì)生產(chǎn)力，以加速自動(dòng)抄表系統(tǒng)的普及。
本發(fā)明雖然僅僅闡述了系統(tǒng)內(nèi)傳輸信號(hào)的監(jiān)測方法，提供了幾種簡單的“電平遠(yuǎn)傳表”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，卻達(dá)到了“糾正人們?cè)诒绢I(lǐng)域技術(shù)上的偏見”的目的和效果。之所以只字不提“數(shù)據(jù)采集器”的具體結(jié)構(gòu)，是因?yàn)槌藘r(jià)格的因素，背景技術(shù)不但“數(shù)據(jù)采集器”滿足自動(dòng)抄表的功能且有余，即使把普通“直讀表”的數(shù)據(jù)采集功能模塊分離出來(大不了增加一EEPROM)，以本發(fā)明的技術(shù)作中介(當(dāng)然軟件要作相應(yīng)的改變)也能很好的工作。
這樣簡單的分離改造的結(jié)果使得包括“遠(yuǎn)傳表”和“數(shù)據(jù)采集器”的完整小系統(tǒng)，在大大降低了對(duì)施工安裝隊(duì)伍素質(zhì)要求的前提下，成本得到數(shù)倍的降低；同時(shí)解決了更換表內(nèi)電池的不方便；減輕了大量的接線難度及潛在的維護(hù)費(fèi)用；把遠(yuǎn)傳表的改造工作，改由普通計(jì)量表廠負(fù)擔(dān)，使得資金流轉(zhuǎn)的壓力大大地減輕；更在穩(wěn)定性，使用壽命及易維護(hù)等多方面有不同程度的提高。
假如推廣按現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的單一表的系統(tǒng)，不計(jì)系統(tǒng)集中再傳送(向收費(fèi)機(jī)構(gòu)匯總)的部分，扣除普通計(jì)量表具的成本及線路、安裝施工的費(fèi)用，平均到每戶仍在兩百元以上或者更高。三表(電、水、煤氣)集抄的普及，強(qiáng)加到百姓的頭上，每戶要負(fù)擔(dān)接近甚至超過千元以上的無妄消費(fèi)；集中到國家或各部門負(fù)擔(dān)，其開銷的總數(shù)將是數(shù)百億乃至上千億元的巨款。從反面證實(shí)了本發(fā)明對(duì)國民經(jīng)濟(jì)或億萬民眾的經(jīng)濟(jì)利益具有的重大意義。


圖1是本發(fā)明對(duì)遠(yuǎn)傳表線路供電的基本原理示意2是最簡單的“電平遠(yuǎn)傳表”開關(guān)附件原理3是使用小集成電路的“電平遠(yuǎn)傳表”開關(guān)附件原理4是圖2和圖3中XH輸出的電平高低波形5是以集成電路組織的集線制“電平遠(yuǎn)傳表”開關(guān)附件原理6是使用單片機(jī)組織的集線制“電平遠(yuǎn)傳表”開關(guān)附件原理7是集線制傳輸?shù)南到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖除圖1中YC表示向遠(yuǎn)傳供電外，其余符號(hào)在各圖中統(tǒng)一規(guī)范集中說明如下GND為通常意義的地線，XH為遠(yuǎn)傳表向數(shù)據(jù)采集器傳輸信號(hào)端子，SR為數(shù)據(jù)采集器向遠(yuǎn)傳表供電(兼作同步信號(hào))端子；ZD、CD為充電保持組件，Rs、Cs為時(shí)間延遲阻容件，RB為延時(shí)電容充電維持電阻，K2、K1為位置微動(dòng)開關(guān)，Rx、Cx為輸入干擾濾波組件，Ry、Cy為輸出延時(shí)控制組件，Rn、Cn為級(jí)間觸發(fā)電路，B1、B2到Bn為遠(yuǎn)傳表組件框，以下結(jié)合幾個(gè)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例一集中安裝“一戶一表”的電表數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)。
本例適用于實(shí)現(xiàn)“一戶一表”集中控制的戶用電計(jì)量體制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的系統(tǒng)，通常在供電線路改造的時(shí)候一般更換電子型的新電表，這類電表有為校準(zhǔn)設(shè)置的脈沖輸出，可以直接用來驅(qū)動(dòng)一只CMOS結(jié)構(gòu)的12位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器4040，計(jì)數(shù)器第六位和最后一位分別輸出，其作用原理類同于最簡單的兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)直接輸出。輸入“數(shù)據(jù)采集器”，其中第六位輸出的高低電平分別為前五級(jí)32分頻的結(jié)果，恰好是選用電度表3200轉(zhuǎn)/KW時(shí)的百分之一即0.01KW/H。最末位的高低變化為輸入的2048分頻或前一輸出的64分頻(0.64KW/H)，用以調(diào)整意外情況造成的前級(jí)計(jì)數(shù)誤差，不言而喻，CMOS計(jì)數(shù)器可以直接使用表內(nèi)電子板的電源。
值得一提的是這種非十進(jìn)制計(jì)數(shù)的調(diào)整方式，可以不必進(jìn)行十進(jìn)制的調(diào)整直接存貯。如為避免計(jì)量部門手續(xù)的麻煩或用戶的疑慮，確信從表內(nèi)的電子板到脈沖輸出口這一段小距離傳輸不至于受到足夠幅度的干擾時(shí)，可以不必拆開表蓋，直接使用輸出脈沖驅(qū)動(dòng)外接計(jì)數(shù)器，有關(guān)電源供應(yīng)等具體方法恕不繁述。
實(shí)施例二集中安裝“一戶一表”的水表數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)。
水表的計(jì)數(shù)體系使用開放的進(jìn)位輪系結(jié)構(gòu)，使得開關(guān)改造非常容易，只要拿掉兩個(gè)指針換上偏心或正五邊(角)形的轉(zhuǎn)片即可，一般在X0.1的位置安裝偏心轉(zhuǎn)片啟閉電平檢測開關(guān)；X1的位置安裝偏心轉(zhuǎn)片或X10的位置安裝五邊(角)形轉(zhuǎn)片啟閉進(jìn)位檢測開關(guān)。兩開關(guān)直接加工在一塊線路板上，如有外封裝保護(hù)可以直接輸出，否則應(yīng)配合圖2或圖3的電路(加工在一起)輸出。
圖2中BG1和BG2組成簡易的異或門，在SR變?yōu)榈碗娖降某跗?，K1啟閉決定的輸出高低電平經(jīng)BG3輸至XH；RS和CS組成的充放電電路，除在CS放電的前期維持BG3通道確定XH電平的變化外，還因KB足以代替KS完成維持通道狀態(tài)的作用，判斷K2的開關(guān)狀態(tài)。
圖3使用了最常見的555時(shí)基電路，以SR變?yōu)榈碗娖綍r(shí)XH體現(xiàn)的高電平維持時(shí)間判斷K2、K1的開關(guān)狀態(tài)；與ZR并聯(lián)的RS配合CS的作用在于確保干擾不致造成低電平誤觸發(fā)。
集中安裝的水表因?yàn)轶w積較大，多路輸出的水管道通常一個(gè)坑中僅安裝幾只，一幢樓幾十戶的水表分別安裝在幾個(gè)坑口內(nèi)。本例在每個(gè)坑內(nèi)使用一片廉價(jià)的低功耗單片機(jī)組成最簡易的初級(jí)集中器，按分線制的輸入方法收集各表輸出的電平狀態(tài)，匯集后的參數(shù)仍以電平輸出的方式，按順序依次體現(xiàn)各表的當(dāng)前電平。每個(gè)初級(jí)集中器相當(dāng)于一個(gè)用戶，使用集線制傳輸?shù)姆椒ㄝ斎雲(yún)R總的“數(shù)據(jù)采集器”。在條件允許的情況下，幾個(gè)甚至十幾個(gè)坑集合為一體，構(gòu)成以樓或相鄰數(shù)樓的集中上傳系統(tǒng)。
與多數(shù)新產(chǎn)品的發(fā)明不同，本發(fā)明旨在糾正本應(yīng)有廣闊市場的背景產(chǎn)品技術(shù)傳統(tǒng)理念偏差，使之更適應(yīng)市場的承受能力，只探討應(yīng)該做什么，涉及如何去做，而不細(xì)究怎樣做得更好。上邊的兩例就是按此原則，僅提供符合發(fā)明原則的基本結(jié)構(gòu)，不提供如何完善電路特性的具體措施(例如實(shí)施例二的微動(dòng)開關(guān)究竟是動(dòng)合還是動(dòng)斷、是邊沿觸碰或者插入等)。
圖4示意了圖2和圖3兩電路在SR一次低電平變化時(shí)，兩開關(guān)不同組合時(shí)XH線輸出的電平狀態(tài)。兩位二進(jìn)制數(shù)代表了K2和K1的閉合(0)和斷開(1)狀態(tài)，其t1到t4或t0到t5代表從SR變低開始到輸出復(fù)位結(jié)束，XH線上因不同的開關(guān)狀態(tài)組合產(chǎn)生不同電平的時(shí)間比較?！皵?shù)據(jù)采集器”據(jù)以判斷兩開關(guān)的狀態(tài)決定計(jì)數(shù)或調(diào)整數(shù)值。圖中右邊部分t0到t1的時(shí)間是因Rx、Cx防誤觸發(fā)的功能而形成的。
實(shí)施例三集線制數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)概論。
老式因渦流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)的電表和煤氣表的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使用了類同的封閉傳動(dòng)的輪系結(jié)構(gòu)，表內(nèi)有較大的空間，可以改變小數(shù)位和百位兩輪的結(jié)構(gòu)，附加或改為五邊(角)形轉(zhuǎn)輪，觸碰一微動(dòng)開關(guān)，具體結(jié)構(gòu)不予探討。包括水表在內(nèi)，三種機(jī)械式微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)的抖動(dòng)，被“數(shù)據(jù)采集器”當(dāng)作干擾信號(hào)不予理睬。
用于集線制傳輸?shù)谋韮?nèi)附屬電路，分集成電路(圖5)和單片機(jī)(圖6)兩種情況討論圖5電路是兩個(gè)555和幾個(gè)附屬阻容元件組成，后邊的延時(shí)電路及前邊包括防誤觸發(fā)的電路，均與圖3原理相同，不再討論，中間的電容Cn的作用是隔斷前級(jí)正常低電平的作用，僅在前級(jí)被觸發(fā)后輸出脈沖的下降沿觸發(fā)一次后級(jí)電路。系統(tǒng)內(nèi)各表電路選取不同的Ry、Cy組合值，體現(xiàn)不同的延遲時(shí)間，在一個(gè)CR對(duì)所有電路同時(shí)進(jìn)行的低電平觸發(fā)后，按一定的時(shí)間間隔依次輸出一組顯示開關(guān)狀態(tài)的電平。
圖6的單片機(jī)電路，任何人都能對(duì)電路結(jié)構(gòu)挑出許多毛病來，例如一般單片機(jī)工作在5V電壓下，而線路使用過低電壓顯見是不可靠等。之所以故意如此畫法，主要是突出本說明書的一貫特點(diǎn)；僅從線路邏輯結(jié)構(gòu)原理上展現(xiàn)基本結(jié)構(gòu)，不計(jì)細(xì)節(jié)！除缺少匹配器件外，由于單片機(jī)是反復(fù)讀取電平狀態(tài)判斷SR是否出現(xiàn)穩(wěn)定的低電平同步信號(hào)，圖示電路基本可以正常工作，但如果在符號(hào)1的輸入電路增加如圖3或圖5的阻容充放電電路，從硬件上過濾掉大部分可能出現(xiàn)的干擾假象，則不僅是大大簡化了軟件判斷程序，更提高了整體電路的可靠性；微動(dòng)開關(guān)K1、K2各附一電容，可以消除開關(guān)瞬間的抖動(dòng)；缺少振蕩電路(例如PIC類單片機(jī)原也可選擇內(nèi)部震蕩電路)等一目了然的“缺陷”，故意使然的目的，無非為是表示發(fā)明說明書所有附圖僅為示例，有無數(shù)種方案(常識(shí)性背景技術(shù))補(bǔ)充完善，不能作為限定發(fā)明專利了保護(hù)的范圍的依據(jù)。
事實(shí)上包括分線制在內(nèi)，所有遠(yuǎn)傳表內(nèi)的附屬電路都可以使用單片機(jī)，成本要高于分立元件或普通小規(guī)模集成電路。但這僅是尚未形成大規(guī)模市場前的權(quán)宜之計(jì)，只要稍現(xiàn)市場規(guī)模，設(shè)計(jì)制造專用的集成電路的時(shí)機(jī)即告成熟，從分立或小集成電路的電路描述可以看出這樣的專用電路的集成度遠(yuǎn)比廉價(jià)的音樂片低得多，批量的定制可望在1元甚至更低的價(jià)位。發(fā)明人保留實(shí)施專用集成電路的專利再申請(qǐng)權(quán)。
圖7示意了集傳制系統(tǒng)內(nèi)部三線組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以一虛線框B1中單片機(jī)結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)傳表附屬電路代表一個(gè)分支，B2、B3到Bn表示有n個(gè)同樣的分支。圖中SJQ表示“數(shù)據(jù)采集器”，SR、XH可以是其中任意兩端口，配合適當(dāng)?shù)碾娐窐?gòu)成，其中SR要求輸出保證最遠(yuǎn)端足夠的電壓，及最大容量(分支數(shù))時(shí)足夠維持各分支電路的電流量，XH推薦使用傳統(tǒng)的20mA環(huán)流結(jié)構(gòu)(不一定必須符合20mA定量標(biāo)準(zhǔn))。
SR啟動(dòng)測量輸出的命令可以是一次低電平信號(hào)，各分支以不同的延遲時(shí)間分時(shí)占據(jù)XH線，也可以使用不同寬度的低電平信號(hào)區(qū)別同步和選通計(jì)數(shù)命令，推薦使用后者并提倡兩者脈寬差值在兩倍以上，以抵抗最頑劣干擾的影響。也可以采用間歇采樣的方式，保證足夠長的采樣間隔時(shí)間，各分支以第一次收到的選通命令復(fù)位計(jì)數(shù)器，可以免用寬幅度的同步信號(hào)。
遠(yuǎn)傳表附屬的單片機(jī)因同步信號(hào)而復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，然后留意選通計(jì)數(shù)命令的數(shù)量，在預(yù)定的時(shí)機(jī)占線輸出自己的開關(guān)狀態(tài)信息。
本發(fā)明的“數(shù)據(jù)采集器”以全0數(shù)值初始所有記錄，任意時(shí)間僅存貯各遠(yuǎn)傳表，從安裝時(shí)間開始的當(dāng)前累計(jì)值隨時(shí)待命上傳。本發(fā)明不涉及采用何種方式上傳，或是否經(jīng)過一級(jí)甚至多級(jí)再集中，各戶遠(yuǎn)傳表的原始基數(shù)被記錄在上位或最終計(jì)費(fèi)的微機(jī)中，對(duì)用戶統(tǒng)計(jì)最終累計(jì)值，也是在那里經(jīng)簡單的四則運(yùn)算存貯的?？梢妼?duì)任意用戶出現(xiàn)的以外誤差，可以經(jīng)簡單的查實(shí)后在那里糾正記錄，而不必對(duì)本系統(tǒng)作任何的數(shù)值調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種抗干擾零誤差的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，克服了潮流意識(shí)的偏見，從徹底消除以前沒有解決的干擾信號(hào)影響計(jì)數(shù)值的問題入手，重新把計(jì)數(shù)器從遠(yuǎn)傳表中分離出來納入數(shù)據(jù)采集器內(nèi)，保證傳輸質(zhì)量的特征在于改“數(shù)據(jù)采集器”避免抑制干擾被動(dòng)計(jì)數(shù)傳輸?shù)拿}沖，為排斥干擾假象主動(dòng)監(jiān)測“電平遠(yuǎn)傳表”的靜態(tài)電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，展寬被監(jiān)測電平寬度，加大與干擾脈沖的區(qū)別達(dá)到徹底排除干擾，做到與計(jì)量數(shù)據(jù)同步的零誤差的技術(shù)特征在于檢測開關(guān)安裝位置選擇在收集數(shù)據(jù)要求的最低位，令高低電平寬度相等或接近。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)測開關(guān)優(yōu)先選用最普通的金屬簧片觸點(diǎn)制作的微動(dòng)開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，克服意外情況確保零誤差恒等記錄的技術(shù)特征在于在高位或更高位加裝進(jìn)位調(diào)整開關(guān)組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，排除人為破壞或查知傳輸線故障及時(shí)報(bào)告，其特征在于遠(yuǎn)傳表內(nèi)附屬的電平輸出轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，遠(yuǎn)傳表可以使用公共線路集中傳輸?shù)姆绞?，其特征在于電平遠(yuǎn)傳表內(nèi)不含電源，用兼作同步信號(hào)的電源線集中供電，帶時(shí)間延遲電路分時(shí)占用XH線路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量數(shù)據(jù)集傳系統(tǒng)，其特征在于可以按功能要求及分立元件的原理，設(shè)計(jì)定制廉價(jià)的專用集成電路，取代價(jià)值較高的單片機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及供電、自來水、燃?xì)獾炔块T遠(yuǎn)程采集用戶消費(fèi)計(jì)量表讀數(shù)的計(jì)量數(shù)據(jù)集中處理傳送系統(tǒng)。不依賴更高新的技術(shù)，僅指出改變思維方式的辦法，改變對(duì)傳輸信息的處理方法，使用最簡單的元器件，提供了在保證更高傳輸可靠性的基礎(chǔ)上，以背景技術(shù)無法比擬的低成本，實(shí)現(xiàn)從各種計(jì)量表采集與視在值保持同步的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)健皵?shù)據(jù)采集器”中，統(tǒng)計(jì)整理還原成零“誤差”的累計(jì)數(shù)據(jù)后集中傳輸功能的數(shù)據(jù)集傳(自動(dòng)抄表)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G08C17/00GK1722188SQ200410063070
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月13日
發(fā)明者王桂冕 申請(qǐng)人:王桂冕