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1.引言 用集成編、譯碼器組成的主從式有線測控系統的一般結構如圖1所示，其基本工作原理是每個現場控制模塊或探測模塊上的譯碼器都可預先通過撥碼開關設定一個固定的地址碼（根據測控系統完成任務的不同，各模塊地址可以是互相獨立的，也可以是相同或局部相同的），計算機要檢測或控制某個模塊時，由嵌入在控制器中的編碼器通過數據通訊總線向各現場模塊發出相應的地址檢測編碼信號，各現場模塊會同時接收到這一信號并與自己設定的譯碼信號進行比較判斷，若某一模塊的譯碼器被設定的地址碼與數據通訊總線上接收到的地址碼相同，就通過應答編碼器向數據通訊總線上發送應答信號并改變自己輸出端的輸出狀態去執行相應的控制或檢測功能，計算機則根據應答信號對模塊的當前狀態作出判斷。 包含有各種導電離子的自然水（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動而形成電流。我們稱其為水具有的導電特性。利用水的導電特性與集成編譯碼技術可以在很多領域實現測控的目的。下面我們討論以美國摩托羅拉公司生產的編碼器MC145026和譯碼器MC145028為基礎構成的水位檢測系統。 2.集成編譯碼器MC145026/28性能簡介 由美國摩托羅拉公司生產的編碼器MC145026和譯碼器MC145028（系列產品中還包括有MC145027，MC145029，MC145030等），作為一種新型實用的編、譯碼器已廣泛應用于通信與控制領域。編碼器的抗干擾能力強，工作穩定可靠，譯碼器也具有很強的脈沖鑒別能力，可靠性好。編、譯碼器之間的發送和接收可以是有線傳輸，亦可以通過無線電波、超聲波、紅外線等方式進行無線傳輸，其工作電壓可在4.5～18V范圍內選擇。編、譯碼器芯片的靜態工作電流分別為零點幾微安、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腳是地址或數據輸入端，每位可有三種狀態：高電平、低電平、開路，利用其不同的組合與MC145028配對時可產生39=19683種不同的編碼。數據從第15腳Data Out串行輸出，每位數據用兩個數字脈沖表示（如圖3所示）：兩個連續的寬脈沖表示“1”，兩個連續的窄脈沖表示“0”，一寬一窄表示開路。Rs、CT、RT外接電阻電容決定其內部時鐘振蕩器的振蕩頻率。TE是發送控制端，低電平有效。若TE為低電平時，振蕩器起振（TE平時處于高電平，使編碼振蕩器停振，此時靜態電流非常小），發送數據，1個發送周期將9位數據重復發送2次。 圖3 MC145026工作波形 MC145028的A1～A9是9位地址碼輸入端。外部數據從引腳9輸入，當其9位地址開關設定的狀態與編碼器連續二次發送來的數據相同時，第11腳VT，也即其狀態輸出端，由低電平變為高電平，表示數據接收有效。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 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用 利用水的導電特性與集成編碼器MC145026和譯碼器MC145028可以可靠地實現對水位的數字化自動檢測與控制。我們的實驗系統框圖如圖4所示。水位檢測儀主要由80C31和外圍擴展芯片MC145026，MC145028組成。為了適應計算機采用二進制處理信息的特點，使檢測系統能可靠工作，在地址編碼時只采用高電平與低電平兩種編譯碼狀態，最多可以發送29=512種編碼。現場檢測模塊則包括編譯碼芯片MC145026，MC145028和相應的其他一些芯片組成，各譯碼器地址設定不同。可將地址從小到大遞增設定，每一厘米（或根據檢測精度要求設置）相對應一個檢測模塊（地址），根據此判斷水位的高低。系統工作時，水位檢測儀通過80C31控制擴展的編碼電路MC145026發送遞增地址碼（初值和現場檢測模塊的最小的地址碼相同），信號經數據通訊總線，水介質發送到處于水下的各個檢測模塊接收端。各檢測模塊在接收到信號后將與自己內部產生的譯碼信號進行比較，只有地址碼和水位檢測儀發送的地址碼相同的檢測模塊接收才有效。此時該檢測模塊輸出端VT將變高，并將此信息通過專門的電路和數據通訊總線反饋回水位檢測儀。經水位檢測儀內部的MC145028譯碼并經80C31處理后轉換為相應的水位值。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來的信號，輸出端VT=0, 水位檢測儀綜合處理自己發出的地址編碼信號和反饋回的接收模塊的信號，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，由于電信號不能在空氣中傳播，VT端為“0”。這樣設計的測量設備量程具有局限性，可以通過加相應的基準值來彌補不足。 圖4 水位檢測實驗系統框圖 用此原理設計的檢測設備功耗很低（靜態工作電流為零點幾微安、幾百微安），檢測準確，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。 |
