基于MR的直读字轮及其读数方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MR的直读字轮及其读数方法，直读字轮包括旋转字轮、MR全桥电路、转换开关、信号调理电路、数据转换电路；所述旋转字轮中装有磁铁；所述MR全桥电路为MR传感器组成的惠斯通电桥；所述转换开关包括四个单刀双掷开关；MR全桥电路的输出端与转换开关相连接；四个单刀双掷开关中，第一开关刀一端连接MCU的电源端；第二开关刀和第三开关刀连接信号调理电路的两个输入端；第四开关刀接地；所述信号调理电路廉价所述数据转换电路。本发明专利技术成本低廉，而又低功耗，能够满足三表集中抄表的计度器读出需求。且线路稳定，不易被干扰，适合家庭及工业各个场合的使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水气煤三表用的计度器读出技术，尤其涉及一种基于MR的直读字轮及其读数方法。
技术介绍
随着水气煤三表集中抄表的普及，计度器的读出一直是一个难题。常见的方案中，常规的脉冲式电子计量和机械计度器之间由于干扰等原因，会产生很大的误差；另外一种方案，采用光电编码的方式来对字轮进行编码读取，其功耗大，易受外界干扰。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种属于水气煤三表用的计度器读出模块的机械及电气硬件、嵌入式软件结合的电路实现方法，具体是指一种基于MR(磁阻)的计度器读出模块的电路技术，即一种基于MR的直读字轮及其读数方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于MR的直读字轮，包括旋转字轮、MR全桥电路、转换开关、信号调理电路和数据转换电路；所述旋转字轮中装有磁铁，磁铁的磁极方向为旋转字轮的轴向；所述MR全桥电路为MR传感器组成的惠斯通电桥；所述MR全桥电路固定于旋转字轮旁侧，与旋转字轮不接触；旋转字轮可相对于MR全桥电路旋转；所述转换开关包括四个单刀双掷开关；每个单刀双掷开关均包括上掷点和下掷点；所述转换开关设置有两个档位，第一档位接通时，四个单刀双掷开关中的上掷点均接通，各个下掷点均空置；第二档位接通时，四个单刀双掷开关中的下掷点均接通，各个上掷点均空置；MR全桥电路的输出端与转换开关相连接；当转换开关位于第一档位时，MR全桥电路输出第一正弦波；当转换开关位于第二档位时，MR全桥电路；第一正弦波和第二正弦波相位相差90度；四个单刀双掷开关中，第一开关刀一端连接数据转换电路的电源端；第二开关刀和第三开关刀连接信号调理电路的两个输入端；第四开关刀接地；所述信号调理电路为低功耗运放模块；所述信号调理电路的信号输出端口连接数据转换电路的信号输入端口；所述数据转换电路为内含ADC模块的MCU。其进一步的技术方案为：所述信号调理电路是型号为AD8613的低功耗运放；所述数据转换电路是型号为MSP430的MCU。其进一步的技术方案为：所述MR全桥电路安装有两个，两个MR全桥电路的灵敏度方向互相垂直；第一MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端依次分别接入第一开关刀的上掷点、第四开关刀的上掷点、第二开关刀的上掷点、第三开关刀的上掷点；第二MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端依次分别接入第一开关刀的下掷点、第四开关刀的下掷点、第二开关刀的下掷点、第三开关刀的下掷点。其进一步的技术方案为：所述MR全桥电路安装有一个；MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端依次分别接入第一开关刀的上掷点、第四开关刀的上掷点、第二开关刀的上掷点、第三开关刀的上掷点；同时，MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端还依次分别接入第二开关刀的下掷点、第四开关刀的下掷点、第三开关刀的下掷点、第一开关刀的下掷点。其进一步的技术方案为：所述MR传感器为AMR传感器。其进一步的技术方案为：所述MR传感器为GMR传感器。其进一步的技术方案为：所述MR传感器为TMR传感器。一种基于MR的直读字轮的读数方法，包括以下步骤：步骤1、旋转字轮所旋转的角度和旋转字轮的读数一一对应，根据此对应关系，建立对应表格；步骤2、旋转字轮旋转至待测角度φx；待测角度φx即为旋转字轮的旋转角度与MR全桥电路的灵敏度角度之间的夹角；待测角度φx与MR全桥电路所输出的信号幅值Vmr之间的关系为：Vmr＝Gain*M*Sin(φx)(1)式(1)中，Gain为MR全桥电路的灵敏度值，M为磁铁场强；步骤3、将转换开关置于第一档位，即四个单刀双掷开关的上掷点均接通；得到在第一档位时，MR全桥电路的输出幅值为V，并根据式(1)，得到输出幅值V所对应的角度φ1和φ2；步骤4、将转换开关置于第二档位，即四个单刀双掷开关中的下掷点均接通；得到在第二档位时，MR全桥电路的输出幅值为V1，并根据式(1)，得到输出幅值V所对应的角度φ3和φ4；步骤5、比较角度φ1、φ2、φ3和φ4；如果存在有两个互相相等的角度，则可确定其即为旋转字轮所旋转的待测角度φx；步骤6、根据所述步骤1中的对应表格，读出待测角度φx所对应的旋转字轮读数。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术成本低廉，而又低功耗，能够满足三表集中抄表的计度器读出需求。且线路稳定，不易被干扰，适合家庭及工业各个场合的使用。通常MR的阻值可以设计达到几百千欧姆，而当用3.3V的激励去驱动此MR全桥时，其功耗才几十微安，外加MCU信号调理等部分，总的电流消耗也在一个毫安以下。所以，本专利技术的功耗远远低于光电直读类型的方案。附图说明图1是本专利技术的电路架构示意图。图2是MR全桥电路的示意图。图3是旋转字轮的机械结构图。图4是MR全桥电路和旋转字轮的相对位置侧视图。图5是圆形磁铁和MR全桥电路芯片的相对位置示意图。图6是柱形磁铁和MR全桥电路芯片的相对位置示意图。图7是实施例1的电路示意图。图8是实施例2的电路示意图。图9是MR全桥电路的输出曲线示意图。具体实施方式图1是本专利技术的电路架构示意图。如图1所示，本专利技术包括包括旋转字轮1、MR全桥电路2、转换开关3、信号调理电路4、数据转换电路5。还包括通讯接口，用于输出数据转换电路的输出信号。旋转字轮1中装有磁铁，磁铁的磁极方向与旋转字轮的径向方向相同。磁铁是嵌入到字轮中的，其磁场方向和MR桥灵敏度方向成水平面平行。图2是旋转字轮的机械结构图。如图2所示，旋转字轮外侧面设置有读数，当其参照方向确定之后，旋转字轮的旋转角度与其参照方向上的读数是一一对应的，可以事先确定一个对应表。MR全桥电路2是MR传感器组成的惠斯通电桥。MR(MagnetoResistance，磁阻)传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。图3是MR全桥电路的示意图。图3中的元件R1～R4均为MR器件，其电路的连接方式与电阻组成的惠斯通电桥电路相同。MR桥的激励信号需要适当的稳压和去除纹波，以保证MR桥输出信号的稳定。所以，信号调理电路4稳压和滤波后，输出激励电压给MR桥。而MR桥的输出信号进信号调理电路4中的放大器滤波和放大后，达到合理的电平幅值输出到后续电路中。在具体的实施例中，MR传感器可以使用AMR传感器时，当使用AMR传感器时，可以采用市售的AMR传感器，例如：MurataMRSS29DR，由于其为单Sensor，所以要采用4个组成全桥电路。MR传感器还可以使用GMR传感器，当使用GMR传感器时，通常可以采用市售的GMR传感器，例如：NVEAA006。MR传感器还可以使用TMR传感器时，通常可以采用市售的TMR传感器，例如：NVEAAT001。MR全桥电路2固定于旋转字轮旁侧，与旋转字轮1不接触。旋转字轮1可相对于MR全桥电路2旋转。在旋转时，MR全桥电路2的方向固定不变。图4是MR全桥电路和旋转字轮的相对位置侧视图。如图4所示，当旋转字轮1旋转时，MR全桥电路2固定，则以MR全桥电路2作为参照，旋转字轮1与MR全桥电路2的灵敏度方向的夹角是与旋转字轮2外侧面的读数对应的。图5是圆形磁铁和MR全桥电路芯片的相对位置示意图。图6是柱形磁铁和MR全桥电路芯片的相对位置示意图。磁铁是固定在旋转字轮1内部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MR的直读字轮，其特征在于，包括旋转字轮、MR全桥电路、转换开关、信号调理电路和数据转换电路；所述旋转字轮中装有磁铁，磁铁的磁极方向为旋转字轮的轴向；所述MR全桥电路为MR传感器组成的惠斯通电桥；所述MR全桥电路固定于旋转字轮旁侧，与旋转字轮不接触；旋转字轮可相对于MR全桥电路旋转；所述转换开关包括四个单刀双掷开关；每个单刀双掷开关均包括上掷点和下掷点；所述转换开关设置有两个档位，第一档位接通时，四个单刀双掷开关中的上掷点均接通，各个下掷点均空置；第二档位接通时，四个单刀双掷开关中的下掷点均接通，各个上掷点均空置；MR全桥电路的输出端与转换开关相连接；当转换开关位于第一档位时，MR全桥电路输出第一正弦波；当转换开关位于第二档位时，MR全桥电路；第一正弦波和第二正弦波相位相差90度；四个单刀双掷开关中，第一开关刀一端连接数据转换电路的电源端；第二开关刀和第三开关刀连接信号调理电路的两个输入端；第四开关刀接地；所述信号调理电路为低功耗运放模块；所述信号调理电路的信号输出端口连接数据转换电路的信号输入端口；所述数据转换电路为内含ADC模块的MCU。

【技术特征摘要】
1.一种基于MR的直读字轮，其特征在于，包括旋转字轮、MR全桥电路、转换开关、信号调理电路和数据转换电路；所述旋转字轮中装有磁铁，磁铁的磁极方向为旋转字轮的轴向；所述MR全桥电路为MR传感器组成的惠斯通电桥；所述MR全桥电路固定于旋转字轮旁侧，与旋转字轮不接触；旋转字轮可相对于MR全桥电路旋转；所述转换开关包括四个单刀双掷开关；每个单刀双掷开关均包括上掷点和下掷点；所述转换开关设置有两个档位，第一档位接通时，四个单刀双掷开关中的上掷点均接通，各个下掷点均空置；第二档位接通时，四个单刀双掷开关中的下掷点均接通，各个上掷点均空置；MR全桥电路的输出端与转换开关相连接；当转换开关位于第一档位时，MR全桥电路输出第一正弦波；当转换开关位于第二档位时，MR全桥电路；第一正弦波和第二正弦波相位相差90度；四个单刀双掷开关中，第一开关刀一端连接数据转换电路的电源端；第二开关刀和第三开关刀连接信号调理电路的两个输入端；第四开关刀接地；所述信号调理电路为低功耗运放模块；所述信号调理电路的信号输出端口连接数据转换电路的信号输入端口；所述数据转换电路为内含ADC模块的MCU。2.如权利要求1所述的基于MR的直读字轮，其特征在于：所述信号调理电路是型号为AD8613的低功耗运放；所述数据转换电路是型号为MSP430的MCU。3.如权利要求1所述的基于MR的直读字轮，其特征在于：所述MR全桥电路安装有两个，两个MR全桥电路的灵敏度方向互相垂直；第一MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端依次分别接入第一开关刀的上掷点、第四开关刀的上掷点、第二开关刀的上掷点、第三开关刀的上掷点；第二MR全桥电路的正向激励端、负向激励端、正向输出端、负向输出端依次分别接入第一开关刀的下掷点、第四开关刀的下掷点、第二开关刀的下掷点、第三开关刀的下掷点。4.如权利要求1所述的基于MR的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：芮胜骏，赵毅屹，王利伟，
申请(专利权)人：无锡赫奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32