摘 要：本文将水的导电特性与集成编、译码技术结合讨论了集成编、译码器MC145026、MC145028在水位数字化检测领域中的应用原理。对该系统的结构、特点和工作原理作了较详细的介绍。
关键词：编码器 ; 译码器 ; 水位检测
1.引言
用集成编、译码器组成的主从式有线测控系统的一般结构如图1所示，其基本工作原理是每个现场控制模块或探测模块上的译码器都可预先通过拨码开关设定一个固定的地址码（根据测控系统完成任务的不同，各模块地址可以是互相独立的，也可以是相同或局部相同的），计算机要检测或控制某个模块时，由嵌入在控制器中的编码器通过数据通讯总线向各现场模块发出相应的地址检测编码信号，各现场模块会同时接收到这一信号并与自己设定的译码信号进行比较判断，若某一模块的译码器被设定的地址码与数据通讯总线上接收到的地址码相同，就通过应答编码器向数据通讯总线上发送应答信号并改变自己输出端的输出状态去执行相应的控制或检测功能，计算机则根据应答信号对模块的当前状态作出判断。
图1
包含有各种导电离子的自然水（包括海水、湖水，河水，雨水、自来水和地下水等）在外施电场的作用下，水中的离子作定向运动而形成电流。我们称其为水具有的导电特性。利用水的导电特性与集成编译码技术可以在很多领域实现测控的目的。下面我们讨论以美国摩托罗拉公司生产的编码器MC145026和译码器MC145028为基础构成的水位检测系统。
2.集成编译码器MC145026/28性能简介
由美国摩托罗拉公司生产的编码器MC145026和译码器MC145028（系列产品中还包括有MC145027，MC145029，MC145030等），作为一种新型实用的编、译码器已广泛应用于通信与控制领域。编码器的抗干扰能力强，工作稳定可靠，译码器也具有很强的脉冲鉴别能力，可靠性好。编、译码器之间的发送和接收可以是有线传输，亦可以通过无线电波、超声波、红外线等方式进行无线传输，其工作电压可在4.5～18V范围内选择。编、译码器芯片的静态工作电流分别为零点几微安、几百微安，其引脚排列如图2所示：
图2 MC145026和MC145028引脚排列图
编码器MC145026的1～9脚是地址或数据输入端，每位可有三种状态：高电平、低电平、开路，利用其不同的组合与MC145028配对时可产生39=19683种不同的编码。数据从第15脚Data Out串行输出，每位数据用两个数字脉冲表示（如图3所示）：两个连续的宽脉冲表示“1”，两个连续的窄脉冲表示“0”，一宽一窄表示开路。Rs、CT、RT外接电阻电容决定其内部时钟振荡器的振荡频率。TE是发送控制端，低电平有效。若TE为低电平时，振荡器起振（TE平时处于高电平，使编码振荡器停振，此时静态电流非常小），发送数据，1个发送周期将9位数据重复发送2次。
图3 MC145026工作波形
MC145028的A1～A9是9位地址码输入端。外部数据从引脚9输入，当其9位地址开关设定的状态与编码器连续二次发送来的数据相同时，第11脚VT，也即其状态输出端，由低电平变为高电平，表示数据接收有效。R1、C1、R2/C2外接电阻电容决定频率范围。
3.编译码外接阻容振荡元件的选择
要使得编、译码器正常工作，就应合理地选择外接电路的阻容元件。振荡器的工作频率f为
CTC=CTC+Clayout+12
通常: 实际工作中常按下式考虑：
C=CTC+20
编码器的阻容振荡元件RS,CTC,RTC一般要求为：RS≥2RTC，RS≥20KΩ, RTC≥10kΩ,400pF< CTC<15uF。
译码器的振荡频率f为
R1C1=3.95 RTC CTC，R2C2=77 RTC CTC，且一般要求R1≥10KΩ, C1≥400pF, R2≥100KΩ, C2≥700pF。
4.集成编、译码器在检测水位中的应用
利用水的导电特性与集成编码器MC145026和译码器MC145028可以可靠地实现对水位的数字化自动检测与控制。我们的实验系统框图如图4所示。水位检测仪主要由80C31和外围扩展芯片MC145026，MC145028组成。为了适应计算机采用二进制处理信息的特点，使检测系统能可靠工作，在地址编码时只采用高电平与低电平两种编译码状态，最多可以发送29=512种编码。现场检测模块则包括编译码芯片MC145026，MC145028和相应的其他一些芯片组成，各译码器地址设定不同。可将地址从小到大递增设定，每一厘米（或根据检测精度要求设置）相对应一个检测模块（地址），根据此判断水位的高低。系统工作时，水位检测仪通过80C31控制扩展的编码电路MC145026发送递增地址码（初值和现场检测模块的最小的地址码相同），信号经数据通讯总线，水介质发送到处于水下的各个检测模块接收端。各检测模块在接收到信号后将与自己内部产生的译码信号进行比较，只有地址码和水位检测仪发送的地址码相同的检测模块接收才有效。此时该检测模块输出端VT将变高，并将此信息通过专门的电路和数据通讯总线反馈回水位检测仪。经水位检测仪内部的MC145028译码并经80C31处理后转换为相应的水位值。水面以上的检测模块由于空气的隔绝，接收不到水位检测仪发来的信号，输出端VT=0, 水位检测仪综合处理自己发出的地址编码信号和反馈回的接收模块的信号，可以最终确定水位的高度。比如说，水的高度为20cm，20cm以下的检测模块的VT端为“1”，20cm以及以上，由于电信号不能在空气中传播，VT端为“0”。这样设计的测量设备量程具有局限性，可以通过加相应的基准值来弥补不足。
图4 水位检测实验系统框图
用此原理设计的检测设备功耗很低（静态工作电流为零点几微安、几百微安），检测准确，工作温度范围广（芯片的工作温度范围为-40℃～+85℃），便于推广，具有很好的市场前景。
参考文献
1.马福昌，秦建敏，谢克明，王 才. 感应式数字水位传感器及其系统.水利学报. 2001（9）
2.和立民. 单片机应用系统设计. 北京航空航天大学出版社. 1990
3.占金文，柳渊彪. 监控电视系统编译码器的原理和应用. 电视应用. 1997（11）