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集成編、譯碼器在水位檢測(cè)中的應(yīng)用

時(shí)間:2008-08-26 09:52:00來(lái)源:ronggang

導(dǎo)語(yǔ):?本文將水的導(dǎo)電特性與集成編、譯碼技術(shù)結(jié)合討論了集成編、譯碼器MC145026、MC145028在水位數(shù)字化檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用原理。對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作原理作了較詳細(xì)的介紹
摘 要:本文將水的導(dǎo)電特性與集成編、譯碼技術(shù)結(jié)合討論了集成編、譯碼器MC145026、MC145028在水位數(shù)字化檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用原理。對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作原理作了較詳細(xì)的介紹。 關(guān)鍵詞:編碼器 ; 譯碼器 ; 水位檢測(cè) 1.引言   用集成編、譯碼器組成的主從式有線測(cè)控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示,其基本工作原理是每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制模塊或探測(cè)模塊上的譯碼器都可預(yù)先通過撥碼開關(guān)設(shè)定一個(gè)固定的地址碼(根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)完成任務(wù)的不同,各模塊地址可以是互相獨(dú)立的,也可以是相同或局部相同的),計(jì)算機(jī)要檢測(cè)或控制某個(gè)模塊時(shí),由嵌入在控制器中的編碼器通過數(shù)據(jù)通訊總線向各現(xiàn)場(chǎng)模塊發(fā)出相應(yīng)的地址檢測(cè)編碼信號(hào),各現(xiàn)場(chǎng)模塊會(huì)同時(shí)接收到這一信號(hào)并與自己設(shè)定的譯碼信號(hào)進(jìn)行比較判斷,若某一模塊的譯碼器被設(shè)定的地址碼與數(shù)據(jù)通訊總線上接收到的地址碼相同,就通過應(yīng)答編碼器向數(shù)據(jù)通訊總線上發(fā)送應(yīng)答信號(hào)并改變自己輸出端的輸出狀態(tài)去執(zhí)行相應(yīng)的控制或檢測(cè)功能,計(jì)算機(jī)則根據(jù)應(yīng)答信號(hào)對(duì)模塊的當(dāng)前狀態(tài)作出判斷。 [align=center] 圖1[/align]   包含有各種導(dǎo)電離子的自然水(包括海水、湖水,河水,雨水、自來(lái)水和地下水等)在外施電場(chǎng)的作用下,水中的離子作定向運(yùn)動(dòng)而形成電流。我們稱其為水具有的導(dǎo)電特性。利用水的導(dǎo)電特性與集成編譯碼技術(shù)可以在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)測(cè)控的目的。下面我們討論以美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的編碼器MC145026和譯碼器MC145028為基礎(chǔ)構(gòu)成的水位檢測(cè)系統(tǒng)。 2.集成編譯碼器MC145026/28性能簡(jiǎn)介   由美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的編碼器MC145026和譯碼器MC145028(系列產(chǎn)品中還包括有MC145027,MC145029,MC145030等),作為一種新型實(shí)用的編、譯碼器已廣泛應(yīng)用于通信與控制領(lǐng)域。編碼器的抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定可靠,譯碼器也具有很強(qiáng)的脈沖鑒別能力,可靠性好。編、譯碼器之間的發(fā)送和接收可以是有線傳輸,亦可以通過無(wú)線電波、超聲波、紅外線等方式進(jìn)行無(wú)線傳輸,其工作電壓可在4.5~18V范圍內(nèi)選擇。編、譯碼器芯片的靜態(tài)工作電流分別為零點(diǎn)幾微安、幾百微安,其引腳排列如圖2所示: [align=center] 圖2 MC145026和MC145028引腳排列圖[/align]   編碼器MC145026的1~9腳是地址或數(shù)據(jù)輸入端,每位可有三種狀態(tài):高電平、低電平、開路,利用其不同的組合與MC145028配對(duì)時(shí)可產(chǎn)生39=19683種不同的編碼。數(shù)據(jù)從第15腳Data Out串行輸出,每位數(shù)據(jù)用兩個(gè)數(shù)字脈沖表示(如圖3所示):兩個(gè)連續(xù)的寬脈沖表示“1”,兩個(gè)連續(xù)的窄脈沖表示“0”,一寬一窄表示開路。Rs、CT、RT外接電阻電容決定其內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器的振蕩頻率。TE是發(fā)送控制端,低電平有效。若TE為低電平時(shí),振蕩器起振(TE平時(shí)處于高電平,使編碼振蕩器停振,此時(shí)靜態(tài)電流非常小),發(fā)送數(shù)據(jù),1個(gè)發(fā)送周期將9位數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送2次。 [align=center] 圖3 MC145026工作波形[/align]   MC145028的A1~A9是9位地址碼輸入端。外部數(shù)據(jù)從引腳9輸入,當(dāng)其9位地址開關(guān)設(shè)定的狀態(tài)與編碼器連續(xù)二次發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)相同時(shí),第11腳VT,也即其狀態(tài)輸出端,由低電平變?yōu)楦唠娖剑硎緮?shù)據(jù)接收有效。R1、C1、R2/C2外接電阻電容決定頻率范圍。 3.編譯碼外接阻容振蕩元件的選擇   要使得編、譯碼器正常工作,就應(yīng)合理地選擇外接電路的阻容元件。振蕩器的工作頻率f為    C[sub]TC[/sub]=C[sub]TC[/sub]+Cl[sub]ayout[/sub]+12   通常: 實(shí)際工作中常按下式考慮:   C=C[sub]TC[/sub]+20   編碼器的阻容振蕩元件R[sub]S[/sub],C[sub]TC[/sub],R[sub]TC[/sub]一般要求為:R[sub]S[/sub]≥2R[sub]TC[/sub],R[sub]S[/sub]≥20KΩ, R[sub]TC[/sub]≥10kΩ,400pF< C[sub]TC[/sub]<15uF。   譯碼器的振蕩頻率f為    R[sub]1[/sub]C[sub]1[/sub]=3.95 R[sub]TC[/sub] C[sub]TC[/sub],R[sub]2[/sub]C[sub]2[/sub]=77 R[sub]TC[/sub] C[sub]TC[/sub],且一般要求R1≥10KΩ, C1≥400pF, R2≥100KΩ, C[sub]2[/sub]≥700pF。 4.集成編、譯碼器在檢測(cè)水位中的應(yīng)用   利用水的導(dǎo)電特性與集成編碼器MC145026和譯碼器MC145028可以可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的數(shù)字化自動(dòng)檢測(cè)與控制。我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖4所示。水位檢測(cè)儀主要由80C31和外圍擴(kuò)展芯片MC145026,MC145028組成。為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制處理信息的特點(diǎn),使檢測(cè)系統(tǒng)能可靠工作,在地址編碼時(shí)只采用高電平與低電平兩種編譯碼狀態(tài),最多可以發(fā)送29=512種編碼?,F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模塊則包括編譯碼芯片MC145026,MC145028和相應(yīng)的其他一些芯片組成,各譯碼器地址設(shè)定不同??蓪⒌刂窂男〉酱筮f增設(shè)定,每一厘米(或根據(jù)檢測(cè)精度要求設(shè)置)相對(duì)應(yīng)一個(gè)檢測(cè)模塊(地址),根據(jù)此判斷水位的高低。系統(tǒng)工作時(shí),水位檢測(cè)儀通過80C31控制擴(kuò)展的編碼電路MC145026發(fā)送遞增地址碼(初值和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模塊的最小的地址碼相同),信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)通訊總線,水介質(zhì)發(fā)送到處于水下的各個(gè)檢測(cè)模塊接收端。各檢測(cè)模塊在接收到信號(hào)后將與自己內(nèi)部產(chǎn)生的譯碼信號(hào)進(jìn)行比較,只有地址碼和水位檢測(cè)儀發(fā)送的地址碼相同的檢測(cè)模塊接收才有效。此時(shí)該檢測(cè)模塊輸出端VT將變高,并將此信息通過專門的電路和數(shù)據(jù)通訊總線反饋回水位檢測(cè)儀。經(jīng)水位檢測(cè)儀內(nèi)部的MC145028譯碼并經(jīng)80C31處理后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的水位值。水面以上的檢測(cè)模塊由于空氣的隔絕,接收不到水位檢測(cè)儀發(fā)來(lái)的信號(hào),輸出端VT=0, 水位檢測(cè)儀綜合處理自己發(fā)出的地址編碼信號(hào)和反饋回的接收模塊的信號(hào),可以最終確定水位的高度。比如說,水的高度為20cm,20cm以下的檢測(cè)模塊的VT端為“1”,20cm以及以上,由于電信號(hào)不能在空氣中傳播,VT端為“0”。這樣設(shè)計(jì)的測(cè)量設(shè)備量程具有局限性,可以通過加相應(yīng)的基準(zhǔn)值來(lái)彌補(bǔ)不足。 [align=center] 圖4 水位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖[/align]   用此原理設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備功耗很低(靜態(tài)工作電流為零點(diǎn)幾微安、幾百微安),檢測(cè)準(zhǔn)確,工作溫度范圍廣(芯片的工作溫度范圍為-40℃~+85℃),便于推廣,具有很好的市場(chǎng)前景。 參考文獻(xiàn)   1.馬福昌,秦建敏,謝克明,王 才. 感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器及其系統(tǒng).水利學(xué)報(bào). 2001(9)   2.和立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京航空航天大學(xué)出版社. 1990   3.占金文,柳淵彪. 監(jiān)控電視系統(tǒng)編譯碼器的原理和應(yīng)用. 電視應(yīng)用. 1997(11)

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