一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器论文和设计-李贵生

全文摘要

本实用新型提供了一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，包括传感器壳体、微控制器、发光二极管、限流电阻单元、线路板、至少三光学环境亮度感应元件及至少三导光柱；所述线路板设于传感器壳体内部，所述微控制器及限流电阻单元均固定在线路板上；所述微控制器通过限流电阻单元与发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极与微控制器连接；各所述光学环境亮度感应元件均与微控制器连接；各所述光学环境亮度感应元件间距设于线路板的底部；每所述导光柱均固设于一光学环境亮度感应元件的下表面；所述发光二极管固设于线路板的底部。本实用新型优点：通过该光脉冲传感器可增强抗干扰能力和提高可靠性。

主设计要求

1.一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，包括一个传感器壳体、一个微控制器、一个发光二极管、一个限流电阻单元以及一个线路板；所述线路板固设于所述传感器壳体的内部，所述微控制器以及限流电阻单元均固定在所述线路板上；所述微控制器通过所述限流电阻单元与所述发光二极管的正极相连接，所述发光二极管的负极与所述微控制器相连接；其特征在于：还包括至少三个光学环境亮度感应元件以及至少三个导光柱；各个所述光学环境亮度感应元件均与所述微控制器相连接；各个所述光学环境亮度感应元件间距设于所述线路板的底部，且使各个所述光学环境亮度感应元件位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方；每所述导光柱均固设于一所述光学环境亮度感应元件的下表面；所述发光二极管固设于所述线路板的底部，且使所述发光二极管照射到所述智能水表表盘上的光斑位于各个所述导光柱的下方。

设计方案

各个所述光学环境亮度感应元件间距设于所述线路板的底部，且使各个所述光学环境亮度感应元件位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方；每所述导光柱均固设于一所述光学环境亮度感应元件的下表面；

所述发光二极管固设于所述线路板的底部，且使所述发光二极管照射到所述智能水表表盘上的光斑位于各个所述导光柱的下方。

2.根据权利要求1所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：使各个所述光学环境亮度感应元件并排位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方；所述发光二极管倾斜向下设于所述线路板的底部，且使所述发光二极管倾斜照射到所述智能水表表盘上的光斑位于各个所述导光柱的正下方。

3.根据权利要求2所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：使各个所述光学环境亮度感应元件并排且等间距位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方。

4.根据权利要求2所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：包括三个光学环境亮度感应元件，且使三个所述光学环境亮度感应元件并排且等间距位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方。

5.根据权利要求1所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：使各个所述光学环境亮度感应元件环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方；所述发光二极管垂直向下设于所述智能水表表盘指针的旋转中心的正上方，且使所述发光二极管垂直照射到所述智能水表表盘上的光斑覆盖所述智能水表表盘指针的整个旋转区域。

6.根据权利要求5所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：使各个所述光学环境亮度感应元件均匀环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方。

7.根据权利要求5所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：包括三个光学环境亮度感应元件，使三个所述光学环境亮度感应元件呈120度的角度均匀环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方。

8.如权利要求1所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：所述限流电阻单元至少包括一第一限流电阻以及一第二限流电阻；所述微控制器分别通过所述第一限流电阻以及第二限流电阻与所述发光二极管的正极相连接；所述第一限流电阻与第二限流电阻的阻值不同。

9.如权利要求1所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：所述限流电阻单元包括一第一限流电阻、一第二限流电阻、一第三限流电阻、一第四限流电阻以及一第五限流电阻；所述微控制器分别通过所述第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻以及第五限流电阻与所述发光二极管的正极相连接；所述第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻以及第五限流电阻的阻值均不相同。

10.如权利要求1所述的一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，其特征在于：所述发光二极管为550纳米波长的发光二极管，所述微控制器采用LPC802芯片，所述导光柱为凸面的导光柱。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及智能水表领域，特别涉及一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器。

背景技术

在智能水表行业内，现有的水表流量采集传感器主要有以下几种类型：磁感水表传感器、摄像直读水表、LC金属感应传感器和光感水表传感器。其中，磁感水表传感器需要在水表体内加装磁性流量指针，流量采集设备集成磁敏感元件，用于检测水表的流量采集；由于水表体内安装磁性指针，对金属的水表体具有吸引力作用，这会增大指针的旋转阻力，影响水表的性能。

摄像直读水表是通过摄像头对表盘的读数进行拍照并上传到后台，以供后台软件识别或人工识别，但是，采用摄像直读水表存在有如下缺陷：图片数据量太大，网络传输困难；成本较高，难以推广；摄像头功率较高，不能支持实时监测，只能替代人工定期读取水表表盘数，无法实时监测水表的流量过程。

LC金属感应传感器需要在水表体内安装一定面积的金属片指针，流量采集设备需要集成LC谐振电路，当水表的金属片指针旋转至靠近LC谐振电路时，会增大LC电路的阻尼，从而改变LC谐振波形的幅度，以此来判别水表指针的旋转，并计算水表的走水流量。但是，LC金属感应传感器存在有如下缺陷：由于是通过金属片指针靠近LC谐振电路来影响LC的谐振波形幅度，金属片指针距LC谐振电路的距离要求较近，这使得对水表结构的要求较为苛刻，只能针对专门的水表体，因此，通用性较差。

对于光感水表传感器，其主要原理是在传感器上集成处理器、发光二极管和感光电子元件，通过发光二极管发送亮光，在水表表盘上产生反射后由感光电子元件吸收，转换为电信号；由于指针靠近感光电子元件时，对发光二极管的光亮或产生吸收、或产生反射，从而使得感光电子元件上感应到的光强度产生变化，从而使输出电信号变化；同时，由处理器根据电信号的变化，判别出水表指针的旋转轨迹。

现有的光感水表传感器主要有以下两种方案：一种是两个发光二极管配合一个感光电子元件，该方案采用两个发光二极管交替发光，它们发光产生的光斑有部分重叠；水表指针在旋转过程中经过两个发光二极管所产生光斑的独立区域和重叠区域时，能够判别出指针的旋转方向，从而识别水表的正反转(如申请日为2016.06.21，申请号为201610449360.9的中国发明专利公开了一种单感光型水表传感器)。但是，由于该方案主要采用两个发光二极管交替发光，传感器的功耗主要发生在发光二极管的发射光亮上，因此，采用两个发光二极管，传感器的功耗较大，不利于智能水表采用电池供电的低功耗的要求。

另一种方案是采用一个发光二极管配合两个感光电子元件。例如，申请日为2015.11.05，申请号为201510743251的中国发明专利公开了一种水表传感器，该水表传感器采用一个发光二极管配合两个紧靠一起的感光电子元件；两个感光电子元件在发光二极管所产生的光斑上有部分感光区域重叠，水表指针在旋转过程中经过两个感光电子元件的感光独立区域和重叠区域时，能够判别出指针的旋转方向，从而识别水表的正反转。但是，该方案中的两个感光电子元件需紧靠在一起，以使得有重叠的感应区域；由于感光区域较小，需要判别出水表指针旋转到两个感光电子元件的独立感应区域以判断其旋转方向，就要求有较高的发光频率和处理器采集处理频率，以免错过指针到达感应区域而未感应到，因此，该水表传感器的功耗也比较大，不利于智能水表采用电池供电的低功耗的要求。同时由于应用环境较为复杂，存在各种外界光源的干扰，由于湿式水表内充满水，对光有折射作用等因素，容易造成两个感光电子元件感应光源的先后顺序发生变化；从而造成流量采集计数少计、多计、或正反转颠倒等错误。

另外，申请人于2018年08月07日申请并公开了一种智能水表的光脉冲传感器(申请号为201810888583.4)，通过该光脉冲传感器可实现根据不同颜色对光的吸收反射程度不同的原理来检测表盘指针的旋转状态，并采集水表的实时流量，并可极大的降低整体运行功耗。但是，由于该光脉冲传感器仅设置有两个光学环境亮度感应元件，也就是说，其只有三种状态A—AB—B，且这三种状态缺一不可，这也使得在具体工作的过程中，当由于某种原因导致其中一种状态失效时，就无法正确的判断出指针的正反转；因此，该光脉冲传感器存在抗干扰能力弱、可靠性低的缺陷。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，通过该光脉冲传感器可增强抗干扰能力和提高可靠性。

本实用新型是这样实现的：一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器，所述光脉冲传感器包括一个传感器壳体、一个微控制器、一个发光二极管、一个限流电阻单元、一个线路板、至少三个光学环境亮度感应元件以及至少三个导光柱；所述线路板固设于所述传感器壳体的内部，所述微控制器以及限流电阻单元均固定在所述线路板上；所述微控制器通过所述限流电阻单元与所述发光二极管的正极相连接，所述发光二极管的负极与所述微控制器相连接；各个所述光学环境亮度感应元件均与所述微控制器相连接；

所述发光二极管固设于所述线路板的底部，且使所述发光二极管照射到所述智能水表表盘上的光斑位于各个所述导光柱的下方。

进一步地，使各个所述光学环境亮度感应元件并排位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方；所述发光二极管倾斜向下设于所述线路板的底部，且使所述发光二极管倾斜照射到所述智能水表表盘上的光斑位于各个所述导光柱的正下方。

更进一步地，使各个所述光学环境亮度感应元件并排且等间距位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方。

更进一步地，所述光脉冲传感器包括三个光学环境亮度感应元件，且使三个所述光学环境亮度感应元件并排且等间距位于所述智能水表表盘指针的旋转圆周任意一处的正上方。

进一步地，使各个所述光学环境亮度感应元件环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方；所述发光二极管垂直向下设于所述智能水表表盘指针的旋转中心的正上方，且使所述发光二极管垂直照射到所述智能水表表盘上的光斑覆盖所述智能水表表盘指针的整个旋转区域。

更进一步地，使各个所述光学环境亮度感应元件均匀环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方。

更进一步地，所述光脉冲传感器包括三个光学环境亮度感应元件，使三个所述光学环境亮度感应元件呈120度的角度均匀环设于所述智能水表表盘指针的旋转圆周的正上方。

进一步地，所述限流电阻单元至少包括一第一限流电阻以及一第二限流电阻；所述微控制器分别通过所述第一限流电阻以及第二限流电阻与所述发光二极管的正极相连接；所述第一限流电阻与第二限流电阻的阻值不同。

进一步地，所述限流电阻单元包括一第一限流电阻、一第二限流电阻、一第三限流电阻、一第四限流电阻以及一第五限流电阻；所述微控制器分别通过所述第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻以及第五限流电阻与所述发光二极管的正极相连接；所述第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻以及第五限流电阻的阻值均不相同。

进一步地，所述发光二极管为550纳米波长的发光二极管，所述微控制器采用LPC802芯片，所述导光柱为凸面的导光柱。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型采用至少三个光学环境亮度感应元件配合一个发光二极管来对表盘指针进行正反转识别，使得在具体工作的过程中，即使由于某种原因而导致其中一个或两个状态感应不到，也可以根据已采集到的状态进行正反转判别，因此，与现有的技术方案相比，具有更强的抗干扰性和更高的可靠性。

2、巧妙的利用机械水表本身的表盘指针和表盘的颜色差异，根据不同颜色对光的吸收反射程度不同的原理来检测表盘指针的旋转状态，并采集水表的实时流量；相比于磁感应传感器和LC金属感应传感器，本实用新型的光脉冲传感器不需要对智能水表安装特定的指针，因此，适用性强，尤其适合在旧表改造等场合使用；

3、在光学环境亮度感应元件上安装具有凸面设计的导光柱，可增加有效感应面积，使得光学环境亮度感应元件能够感应到更大的区域范围，这样表盘指针经过该区域的时间就比较长，从而可保证在降低发光二极管的发光频率和对光学环境亮度感应元件的采样频率的情况下，也能够正确捕捉到表盘指针到达该区域的状态，这也有助于降低光脉冲传感器的整体运行功耗，进而可很好的满足智能水表采用电池供电的低功耗的要求；

4、微控制器采用cortex M0+内核的超低功耗、高速LPC802芯片，其内部具有一个12位12通道的ADC，能够很好的对三个或三个以上光学环境亮度感应元件输出的电信号进行ADC转换，从而可减少微控制器的运行时间，并降低光脉冲传感器的整体运行功耗；

5、具有根据环境亮度自动调节发光二极管发光亮度的功能，可进一步降低光脉冲传感器的功耗，进而可很好的满足智能水表采用电池供电的低功耗的要求。具体实现过程是：微控制器通过多种不同阻值的限流电阻单元来连接发光二极管；在工作时，微控制器通过光学环境亮度感应元件上的电信号，即可判别出环境亮度的大小，再选择相应的限流电阻来控制发光二极管发光；由于环境亮度存在一定的波动性，当环境亮度越大时，MCU就控制小阻值的限流电阻使发光二极管发光，以提高发光亮度，增大信噪比；当环境亮度越小时，MCU就控制大阻值的限流电阻使发光二极管发光，以适当降低发光二极管的发光亮度，例如在较暗的控制箱内，可降低发光二极管的运行亮度，以进一步降低功耗；

6、采用高亮的550纳米波长的发光二极管，且发光二极管采用具有一定斜度的安装设计或者垂直向下的安装设计，并可使照射在表盘上的光斑处于光学环境亮度感应元件的正下方，可增大光的通量，提高与环境亮度的信噪比，并进而可提高采集的准确性和可靠性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器的结构示意图之一。

图2为图1中光学环境亮度感应元件和发光二极管的俯视图。

图3为本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器的电路原理图之一。

图4为本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器的结构示意图之二。

图5为图4中光学环境亮度感应元件和发光二极管的俯视图。

图6为本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器的电路原理图之二。

图7为本实用新型在表盘指针旋转时三个光学环境亮度感应元件的感应示意图之一。

图8为本实用新型在表盘指针旋转时三个光学环境亮度感应元件的感应示意图之二。

具体实施方式

具体实施例一：

请参阅图1、图2、图6和图7所示，本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器100，所述光脉冲传感器100包括一个传感器壳体1、一个微控制器2(即MCU)、一个发光二极管3、一个限流电阻单元4、一个线路板5、至少三个光学环境亮度感应元件6以及至少三个导光柱7；所述线路板5固设于所述传感器壳体1的内部，所述微控制器2以及限流电阻单元4均固定在所述线路板5上，具体可以将微控制器2以及限流电阻单元4设置在线路板5的上表面；所述微控制器2通过所述限流电阻单元4与所述发光二极管3的正极相连接，所述发光二极管3的负极与所述微控制器2相连接，在具体实施时，可以通过所述限流电阻单元4来控制所述发光二极管3的发光亮度，且阻值越大，所述发光二极管3发光亮度越暗，阻值越小，所述发光二极管3发光亮度越亮；各个所述光学环境亮度感应元件6均与所述微控制器2相连接，所述光学环境亮度感应元件6用于将感应到的光信号转换为电信号；

各个所述光学环境亮度感应元件6间距设于所述线路板5的底部，且使各个所述光学环境亮度感应元件6位于所述智能水表(未图示)表盘指针8的旋转圆周的正上方；每所述导光柱7均固设于一所述光学环境亮度感应元件6的下表面；

所述发光二极管3固设于所述线路板5的底部，且使所述发光二极管3照射到所述智能水表表盘9上的光斑位于各个所述导光柱7的下方，从而可增大光的通量，提高与环境亮度的信噪比。

在具体实施时，所述发光二极管3发出的光线会照射到智能水表的表盘9上并产生光斑，光斑的光线又会反射到导光柱7上，并通过导光柱7将反射的光线传导给光学环境亮度感应元件6，光学环境亮度感应元件6会将感应到的光信号转换为电信号并传送给微控制器2，这样，微控制器2就可以根据接收的电信号计算出发光二极管3发光时表盘9所发射的光亮强度值。由于智能水表的表盘指针8对光波的吸收或反射作用，使得表盘指针8在旋转到光学环境亮度感应元件6的感应区域和未在感应区域内时，光学环境亮度感应元件6能够感应到有明显的光亮度变化；这样，微控制器2就能判别出表盘指针8的旋转状态，具体是通过三个或三个以上光学环境亮度感应元件6根据感应到表盘指针8进入感应区域和远离感应区域的先后顺序，以此来确定其旋转方向是正转或反转。

在本实用新型的具体实施例一中，所述光脉冲传感器100还包括一传感器输出引线10，所述传感器输出引线10的一端与所述线路板5相连接，另一端延伸至所述传感器壳体1的外部，通过将传感器输出引线10延伸到传感器壳体1的外部，可十分方便进行接线。

在本实用新型的具体实施例一中，使各个所述光学环境亮度感应元件6并排位于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周任意一处的正上方，如图2所示；所述发光二极管3倾斜向下设于所述线路板5的底部，且使所述发光二极管3倾斜照射到所述智能水表表盘9上的光斑位于各个所述导光柱7的正下方，这样，就可以通过导光柱7将反射的光线传导给各个光学环境亮度感应元件6。

为了使各个所述光学环境亮度感应元件6具有更好的感应效果，在本实用新型的具体实施例一中，使各个所述光学环境亮度感应元件6并排且等间距位于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周任意一处的正上方，具体是将各个所述光学环境亮度感应元件6并排且等间距设置在线路板5的底部。

为了降低所述光脉冲传感器100在运行时的整体功耗，在本实用新型的具体实施例一中，所述光脉冲传感器100包括三个光学环境亮度感应元件6，且使三个所述光学环境亮度感应元件6并排且等间距位于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周任意一处的正上方。

在本实用新型的具体实施例一中，如图6所示，所述限流电阻单元4至少包括一第一限流电阻R1以及一第二限流电阻R2；所述微控制器2分别通过所述第一限流电阻R1以及第二限流电阻R2与所述发光二极管3的正极相连接；所述第一限流电阻R1与第二限流电阻R2的阻值不同，在具体实施时，可以通过第一限流电阻R1和第二限流电阻R2来自动调节发光二极管3的发光亮度，以达到降低发光二极管3运行亮度、降低运行功耗的目的。

在本实用新型的具体实施例一中，所述发光二极管3为550纳米波长的发光二极管，通过采用高亮的550纳米波长的发光二极管3，且发光二极管3采用具有一定斜度的安装设计，使得照射在表盘9上的光斑处于光学环境亮度感应元件6的正下方，可增大光的通量，提高与环境亮度的信噪比。

所述微控制器2采用cortex M0+内核的超低功耗、高速LPC802芯片，其内部具有一个12位12通道的ADC，能够很好的对三个或三个以上光学环境亮度感应元件6输出的电信号进行ADC转换，从而可减少微控制器2的运行时间，并降低光脉冲传感器100的整体运行功耗。

所述导光柱7为凸面的导光柱，通过采用凸面设计，可增加有效感应面积，使得光学环境亮度感应元件6能够感应到更大的区域范围，这样表盘指针8经过该区域的时间就比较长，从而可保证在降低发光二极管3的发光频率和对光学环境亮度感应元件6的采样频率的情况下，也能够正确捕捉到表盘指针8到达该区域的状态。

所述光学环境亮度感应元件6均采用ISL29006芯片实现，该ISL29006芯片具有低功耗的特点。

本实用新型具体实施例一的工作原理如下(如图6和图7所示，以光脉冲传感器100包括三个光学环境亮度感应元件A、B、C，三个导光柱71、72、73以及限流电阻单元4包括第一限流电阻R1和第二限流电阻R2为例来做具体说明)：

通过微控制器2控制发光二极管3处于不发光状态，此时，环境光通过三个导光柱71、72、73分别传导到三个光学环境亮度感应元件A、B、C上，光学环境亮度感应元件A、B、C将光信号转换为电信号后传输给微控制器2的ADC接口；微控制器2对接收到的电信号进行ADC转换后得出环境亮度的采样值，微控制器2根据得出的环境亮度采样值的大小控制第一限流电阻R1和第二限流电阻R2中的一个电阻导通，并与发光二极管3构成闭合回路，使发光二极管3发出光亮，由于发光二极管3是按一定的斜度安装，其发射出的光线会倾斜照射到智能水表的表盘9上，并在三个光学环境亮度感应元件A、B、C的正下方产生一个光斑。表盘9反射光斑的光线，并通过三个导光柱71、72、73分别将反射的光线传导到三个光学环境亮度感应元件A、B、C上，光学环境亮度感应元件A、B、C会将光信号转换为电信号并传输给微控制器2的ADC接口；微控制器2对接收到的电信号进行ADC转换后得出发光二极管3发光时表盘9所发射的光亮强度。

当智能水表的表盘指针8旋转到导光柱71、72、73的下方时，有颜色的表盘指针8会吸收掉一部分光线；而当表盘指针8未旋转到导光柱71、72、73的下方时，白色的表盘9则会反射大部分光线，由此可知，发光二极管3发出光亮照射到表盘9并反射到光学环境亮度感应元件A、B、C的光亮强度值与照射到表盘指针8所反射的光亮强度值差别较大；因此，微控制器2根据光亮强度差别就可以判断出表盘指针8是否旋转到光学环境亮度感应元件A、B、C的下方。同时，由于导光柱71、72、73采用凸面设计，使得其具有聚焦功能，这样，当表盘指针8还未完全旋转到导光柱71、72、73的下方时，就能够影响导光柱71、72、73传导的光量，即相当于光学环境亮度感应元件A、B、C所能感应的区域较大，表盘指针8在旋转过程中有较长时间处在感应区域内，因此，通过本实用新型的光脉冲传感器100可有效降低微控制器2的采集频率，从而能够降低功耗。

同时，由于设置有三个光学环境亮度感应元件A、B、C，当表盘指针8旋转到靠近光学环境亮度感应元件A时，光学环境亮度感应元件A会输出光亮强度变化后的值；当表盘指针8旋转到光学环境亮度感应元件A与光学环境亮度感应元件B之间时，光学环境亮度感应元件A和光学环境亮度感应元件B都会输出光亮强度变化后的值；当表盘指针8旋转到靠近光学环境亮度感应元件B并远离光学环境亮度感应元件A时，光学环境亮度感应元件B会输出光亮强度变化后的值，而光学环境亮度感应元件A则会恢复正常值；当表盘指针8旋转到光学环境亮度感应元件B与光学环境亮度感应元件C之间时，光学环境亮度感应元件B和光学环境亮度感应元件C都会输出光亮强度变化后的值；当表盘指针8旋转到靠近光学环境亮度感应元件C并远离光学环境亮度感应元件B时，光学环境亮度感应元件C会输出光亮强度变化后的值，而光学环境亮度感应元件B则会恢复正常值。因此，通过光学环境亮度感应元件A、光学环境亮度感应元件B和光学环境亮度感应元件C状态的不同变化顺序就可以准确判断出表盘指针8是正转还是反转，即如果状态变化顺序为A—AB—B—BC—C，则说明表盘指针8是正转；如果状态变化顺序为C—CB—B—BA—A，则说明表盘指针8是反转。

综上所述，由于在本实用新型的技术方案中，表盘指针8在旋转时会存在有至少5个状态，因此，在具体工作的过程中，当由于某种原因导致其中一或两个状态感应不到时，仍然可以根据已采集到的状态进行正反转判别，例如A—AB—BC—C；A—B—BC—C；A—B—C等等，只要能够正确采集到其中的三个状态即可进行判别。由此可知，本实用新型的技术方案与现有的方案相比，具有更强的抗干扰性和更高的可靠性。

具体实施例二：

请参阅图1、图2、图3和图7所示，与具体实施例一不同的是，在本实用新型的具体实施例二中，为了实现对发光二极管3的发光亮度进行更好的调节，以进一步降低运行功耗，所述限流电阻单元4包括一第一限流电阻R1、一第二限流电阻R2、一第三限流电阻R3、一第四限流电阻R4以及一第五限流电阻R5；所述微控制器2分别通过所述第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5与所述发光二极管3的正极相连接；所述第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5的阻值均不相同，这样，在具体实施时，就可以根据第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5来自动调节发光二极管3的发光亮度。

具体实施例三：

请参阅图3、图4、图5和图8所示，本实用新型一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器100，所述光脉冲传感器100包括一个传感器壳体1、一个微控制器2(即MCU)、一个发光二极管3、一个限流电阻单元4、一个线路板5、至少三个光学环境亮度感应元件6以及至少三个导光柱7；所述线路板5固设于所述传感器壳体1的内部，所述微控制器2以及限流电阻单元4均固定在所述线路板5上，具体可以将微控制器2以及限流电阻单元4设置在线路板5的上表面；所述微控制器2通过所述限流电阻单元4与所述发光二极管3的正极相连接，所述发光二极管3的负极与所述微控制器2相连接，在具体实施时，可以通过所述限流电阻单元4来控制所述发光二极管3的发光亮度，且阻值越大，所述发光二极管3发光亮度越暗，阻值越小，所述发光二极管3发光亮度越亮；各个所述光学环境亮度感应元件6均与所述微控制器2相连接，所述光学环境亮度感应元件6用于将感应到的光信号转换为电信号；

在本实用新型的具体实施例三中，所述光脉冲传感器100还包括一传感器输出引线10，所述传感器输出引线10的一端与所述线路板5相连接，另一端延伸至所述传感器壳体1的外部，通过将传感器输出引线10延伸到传感器壳体1的外部，可十分方便进行接线。

在本实用新型的具体实施例三中，使各个所述光学环境亮度感应元件6环设于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周的正上方，如图5所示；所述发光二极管3垂直向下设于所述智能水表表盘指针8的旋转中心的正上方，且使所述发光二极管3垂直照射到所述智能水表表盘9上的光斑覆盖所述智能水表表盘指针8的整个旋转区域，这样，才可以通过导光柱7将反射的光线传导给各个光学环境亮度感应元件6。

为了使各个所述光学环境亮度感应元件6具有更好的感应效果，在本实用新型的具体实施例三中，使各个所述光学环境亮度感应元件6均匀环设于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周的正上方，具体是将各个所述光学环境亮度感应元件6均匀环设于线路板5的底部。

为了降低所述光脉冲传感器100在运行时的整体功耗，在本实用新型的具体实施例三中，所述光脉冲传感器100包括三个光学环境亮度感应元件6，使三个所述光学环境亮度感应元件6呈120度的角度均匀环设于所述智能水表表盘指针8的旋转圆周的正上方。

为了实现对发光二极管3的发光亮度进行更好的调节，以进一步降低运行功耗，如图3所示，所述限流电阻单元4包括一第一限流电阻R1、一第二限流电阻R2、一第三限流电阻R3、一第四限流电阻R4以及一第五限流电阻R5；所述微控制器2分别通过所述第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5与所述发光二极管3的正极相连接；所述第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5的阻值均不相同，这样，在具体实施时，就可以根据第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5来自动调节发光二极管3的发光亮度。

在本实用新型的具体实施例三中，所述发光二极管3为550纳米波长的发光二极管，通过采用高亮的550纳米波长的发光二极管3，且发光二极管3采用垂直向下的安装设计，并使得照射在表盘9上的光斑覆盖所述智能水表表盘指针8的整个旋转区域，可增大光的通量，提高与环境亮度的信噪比。

所述光学环境亮度感应元件6均采用ISL29006芯片实现，该ISL29006芯片具有低功耗的特点。

本实用新型具体实施例三的工作原理如下(如图3和图8所示，以光脉冲传感器100包括三个光学环境亮度感应元件A、B、C，三个导光柱71、72、73以及限流电阻单元4包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5为例来做具体说明)：

通过微控制器2控制发光二极管3处于不发光状态，此时，环境光通过三个导光柱71、72、73分别传导到三个光学环境亮度感应元件A、B、C上，光学环境亮度感应元件A、B、C将光信号转换为电信号后传输给微控制器2的ADC接口；微控制器2对接收到的电信号进行ADC转换后得出环境亮度的采样值，微控制器2根据得出的环境亮度采样值的大小控制第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4以及第五限流电阻R5中的一个电阻导通，并与发光二极管3构成闭合回路，使发光二极管3发出光亮，由于发光二极管3是垂直向下安装的，其发射出的光线会垂直照射到智能水表的表盘9上，并在三个光学环境亮度感应元件A、B、C的正下方产生一个覆盖表盘指针8整个旋转区域的光斑。表盘9反射光斑的光线，并通过三个导光柱71、72、73分别将反射的光线传导到三个光学环境亮度感应元件A、B、C上，光学环境亮度感应元件A、B、C会将光信号转换为电信号并传输给微控制器2的ADC接口；微控制器2对接收到的电信号进行ADC转换后得出发光二极管3发光时表盘9所发射的光亮强度。

具体实施例四：

请参阅图4、图5、图6和图8所示，与具体实施例三不同的是，在本实用新型的具体实施例四中，所述限流电阻单元4至少包括一第一限流电阻R1以及一第二限流电阻R2；所述微控制器2分别通过所述第一限流电阻R1以及第二限流电阻R2与所述发光二极管3的正极相连接；所述第一限流电阻R1与第二限流电阻R2的阻值不同，在具体实施时，可以通过第一限流电阻R1和第二限流电阻R2来自动调节发光二极管3的发光亮度，以达到降低发光二极管3运行亮度、降低运行功耗的目的。

综上所述，本实用新型具有如下优点：

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

设计图

一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器论文和设计

一种多点感应式正反转识别的智能水表光脉冲传感器论文和设计-李贵生

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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