今天為大家介紹一項國家發(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，并于2018年11月6獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明涉及智能水表領域，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，對金屬的水表體有吸引力作用，這會增大指針的旋轉(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)絡傳輸困難；成本較高，難以推廣；攝像頭功率較高，不能支持實時監(jiān)測，只能替代人工定期讀取水表表盤數(shù)，無法實時監(jiān)測水表的流量過程； LC金屬感應傳感器通用性較差。

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，通過發(fā)光二極管發(fā)送亮光，在水表表盤上產(chǎn)生反射后由感光電子元件吸收，轉(zhuǎn)換為電信號；由于指針靠近感光電子元件時，對發(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到的光強度產(chǎn)生變化，從而使輸出電信號變化；同時，由處理器根據(jù)電信號的變化，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，申請日為2016 .06 .21，申請?zhí)枮?01610449360 .9的中國發(fā)明專利公開了一種單感光型水表傳感器。傳感器采用兩個發(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，申請日為2015 .11 .05，申請?zhí)枮?01510743251的中國發(fā)明專利公開了一種水表傳感器，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，申請日為2017 .08 .24，申請?zhí)枮?01721065902 .9的中國實用新型專利公開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)問題，在于提供一種智能水表的光脈沖傳感器，通過該光脈沖傳感器可極大的降低整體運行功耗，進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)明是這樣實現(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、兩光學環(huán)境亮度感應元件、兩導光柱以及一限流電阻單元；所述MCU和線路板均設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)光二極管的負極與所述MCU相連接；兩所述光學環(huán)境亮度感應元件均與所述MCU相連接；

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

所述發(fā)光二極管傾斜設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上的光斑位于兩所述導光柱的正下方。

進一步地，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。

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

本發(fā)明的優(yōu)點在于：1 、采用具有兩個獨立A D C （模數(shù)轉(zhuǎn)換） 通道的低功耗PIC16F1559芯片作為MCU，能夠同時對兩個光學環(huán)境亮度感應元件輸出的電信號進行ADC轉(zhuǎn)換，從而可減少MCU的運行時間，并降低光脈沖傳感器的整體運行功耗，進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、在光學環(huán)境亮度感應元件上安裝具有凸面設計的導光柱，可增加有效感應面積，使得光學環(huán)境亮度感應元件能夠感應到更大的區(qū)域范圍，這樣表盤指針經(jīng)過該區(qū)域的時間就比較長，從而可保證在降低發(fā)光二極管的發(fā)光頻率和對光學環(huán)境亮度感應元件的采樣頻率的情況下，也能夠正確捕捉到表盤指針到達該區(qū)域的狀態(tài)，這也有助于降低光脈沖傳感器的整體運行功耗，進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)境亮度自動調(diào)節(jié)發(fā)光二極管發(fā)光亮度的功能，可進一步降低光脈沖傳感器的功耗，進而可很好的滿足智能水表采用電池供電的低功耗的要求。具體實現(xiàn)過程是：MCU通過多種不同阻值的限流電阻單元來連接發(fā)光二極管；在工作時，MCU通過光學環(huán)境亮度感應元件上的電信號，即可判別出環(huán)境亮度的大小，再選擇相應的限流電阻來控制發(fā)光二極管發(fā)光；由于環(huán)境亮度存在一定的波動性，當環(huán)境亮度越大時，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；當環(huán)境亮度越小時，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)光二極管的運行亮度，以進一步降低功耗；

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

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