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
1.引言
用集成編、譯碼器組成的主從式有線測控系統(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)場控制模塊或探測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)場模塊發(fā)出相應(yīng)的地址檢測編碼信號(hào)，各現(xiàn)場模塊會(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。
圖1
包含有各種導(dǎo)電離子的自然水（包括海水、湖水，河水，雨水、自來水和地下水等）在外施電場的作用下，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)測控的目的。下面我們討論以美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的編碼器MC145026和譯碼器MC145028為基礎(chǔ)構(gòu)成的水位檢測系統(tǒng)。
2.集成編譯碼器MC145026/28性能簡介
由美國摩托羅拉公司生產(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，亦可以通過無線電波、超聲波、紅外線等方式進(jìn)行無線傳輸，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：
圖2 MC145026和MC145028引腳排列圖
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。
圖3 MC145026工作波形
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
CTC=CTC+Clayout+12
通常: 實(shí)際工作中常按下式考慮：
C=CTC+20
編碼器的阻容振蕩元件RS,CTC,RTC一般要求為：RS≥2RTC，RS≥20KΩ, RTC≥10kΩ,400pF< CTC<15uF。
譯碼器的振蕩頻率f為
R1C1=3.95 RTC CTC，R2C2=77 RTC CTC，且一般要求R1≥10KΩ, C1≥400pF, R2≥100KΩ, C2≥700pF。
4.集成編、譯碼器在檢測水位中的應(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)檢測與控制。我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖4所示。水位檢測儀主要由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。現(xiàn)場檢測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。可將地址從小到大遞增設(shè)定，每一厘米（或根據(jù)檢測精度要求設(shè)置）相對(duì)應(yīng)一個(gè)檢測模塊（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)場檢測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)檢測模塊接收端。各檢測模塊在接收到信號(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儀發(fā)送的地址碼相同的檢測模塊接收才有效。此時(shí)該檢測模塊輸出端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儀。經(jīng)水位檢測儀內(nèi)部的MC145028譯碼并經(jīng)80C31處理后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的水位值。水面以上的檢測模塊由于空氣的隔絕，接收不到水位檢測儀發(fā)來的信號(hào)，輸出端VT=0, 水位檢測儀綜合處理自己發(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)值來彌補(bǔ)不足。
圖4 水位檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖
用此原理設(shè)計(jì)的檢測設(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，具有很好的市場前景。
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