Схемотехнические решения при использовании поплавковых уровнемеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схемотехнические решения при использовании поплавковых уровнемеров

Поздняков Александр Григорьевич старший преподаватель, Донской государственный технический университет 344000, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1, ауд. 2-507 Pozdnyakov Aleksandr Grigor'evich Senior university teacher, Don State Technical University 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. G.rostov-Na-Donu, pl.Gagarina, 1, aud. 2-507 

Аль-Тибби Висам Хусамович кандидат технических наук доцент, Донской государственный технический университет 344000, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1, оф. 2-507 All-Tibbi Wisam Husamovich PhD in Technical Science associate professor, Don State Technical University 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-na-Donu, ploshchad' Gagarina, 1, of. 2-507 

Бегун Вадим Григорьевич кандидат технических наук доцент, Донской государственный технический университет 344000, Россия, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1, оф. 2-507 Begun Vadim Grigor'evich PhD in Technical Science associate professor, Don State Technical University 344000, Russia, Rostovskaya oblast', g. Rostov-na-Donu, ploshchad' Gagarina, 1, of. 2-507 

Аннотация

Предметом исследования является вопрос преобразования информации, получаемой с дискретных датчиков, входящих в состав поплавкового уровнемера. При измерении уровня жидкости с определенной точностью необходимо использование дискретных датчиков в большом количестве, зависящем от требуемой точности измерения. Это количество может достигать порядка 150…200 датчиков и более. Такое же количество разрядов будет содержать и получаемый унитарный код. Для дальнейшего использования данной информации необходимо уменьшить разрядность этого кода. Для этого его необходимо преобразовать. Методология исследования, заключается в том, что получаемую в процессе измерения уровня жидкости информацию необходимо подвергнуть сжатию для уменьшения разрядности унитарного кода. После преобразования информации, полученной с дискретных датчиков, с помощью предложенного в статье метода ее можно подавать на программируемый логический контроллер для дальнейшей обработки или на элементы цифровой индикации для отображения величины уровня. Основным выводом исследования можно считать то, что использование цифровых микросхем для преобразования измерительной информации, получаемой от поплавкового уровнемера, позволяет упростить и удешевить схемотехническое решение.

Ключевые слова: уровень, дискретный датчик, геркон, шифратор, двоичный код, унитарный код, двоично-десятичный код, преобразование, цифровой семисегментный индикатор, поплавковый уровнемер

Abstract

The subject of the study is the transformation of information obtained from discrete sensors that are part of the float level indicators. When measuring the liquid level with a certain accuracy, it is necessary to use numerous discrete sensors the number of which depends on the measurement accuracy required. The number can reach about 150... 200 sensors and more. The resulting unitary code will contain the same number of digits. The code length must be reduced to allow further use of this information. The code must be transformed for this purpose. The methodology of the study is that the information obtained in the process of liquid level measuring must be compressed to reduce the length of the unitary code. Upon converting the information obtained from the discrete sensors using the method proposed in the article the information can be fed to a programmable logic controller for further processing or to the elements of digital indication for displaying the level value. The main conclusion of the study is that the use of digital chips for conversion of the measurement information obtained from the float level indicator allows us to simplify and reduce the cost of circuit design solutions.

Keywords:

level, discrete sensor, reed switch, encoder, binary code, unitary code, binary-decimal code, conversion, digital seven-segment indicator, float level indicator

При поплавковом способе измерении уровня используется линейный набор дискретных датчиков (герконы или пары светодиод - фотодиод). Эти датчики расположены в виде вертикальной линейки с шагом, величина которого зависит от требуемой точности измерения уровня. В случае использования герконов при приближении поплавка с установленным на нем магнитом к определенному геркону происходит срабатывание этого геркона, что позволяет судить о достижении поплавком уровня, на котором установлен данный геркон [1]. В случае использования пары светодиод - фотодиод поплавок перекрывает световой поток от светодиода к фотодиоду и последний выключается. Для получения информации о величине текущего уровня необходимо преобразовать получаемый в результате последовательного срабатывания датчиков, начиная с нижнего датчика, унитарный код в цифровой двоичный код. А для вывода этой информации на цифровые семисегментные индикаторы необходимо полученный двоичный код преобразовать в двоично-десятичный код.

Для решения данной задачи можно, конечно, использовать программируемый контроллер, но значительно проще, а самое главное -значительно дешевле будет использование цифровых микросхем.

Для преобразования последовательности срабатываний датчиков в цифровой двоичный код используются приоритетные шифраторы 74LS148 [2,3]. Шифратор принимает входную информацию и формирует на выходе двоичный код, эквивалентный десятичному номеру входа, на который поступил активный сигнал. При одновременной активации двух и более входов на выходах шифратора формируется двоичный код, соответствующий десятичному номеру старшего активного входного разряда. Рассмотрим схемотехническую реализацию преобразователя десятичного кода в двоичный. Для конкретности пусть линейка уровнемера состоит из 24 датчиков. Тогда необходимо использовать три приоритетных шифратора 74LS148, на входы которых подключаются выходы всех 24-х датчиков. На рисунке 1 представлена схема преобразователя десятичного кода в двоичный код. Датчик Д1 расположен на высоте, соответствующей минимальному значению измеряемого уровня, а датчик Д24 расположен на высоте, соответствующей максимальному значению измеряемого уровня.

Рисунок 1 Схема преобразователя десятичного кода в двоичный код

Младшие разряды выходного двоичного кода 20, 21, 22 формируются на выходах логических элементов 3И-НЕ (микросхемы DD6.1…DD6.3). А старшие разряды выходного двоичного кода 24 и 25 формируются на выходах дополнительного шифратора DD4, на входы которого подаются сигналы с выходов группового сигнала G шифраторов DD1…DD3.В результате на выходе преобразователя формируется пятиразрядный двоичный код.

Получив двоичный код, соответствующий текущему значению уровня, необходимо его преобразовать в двоично-десятичный код для вывода на цифровые индикаторы. Это достигается с помощью преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный код. Здесь используются микросхемы масочных постоянных запоминающих устройств SN74185N [4,5]. Если у нас всего двадцать четыре датчика в измерительной линейке, то будет достаточно одной микросхемы SN74185N. Схема преобразователя пятиразрядного двоичного кода в двухразрядный двоично-десятичный код представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 Схема преобразователя пятиразрядного двоичного кода в двухразрядный двоично-десятичный код

Поскольку младшие разряды 20 двоично-десятичного и двоичного кодов соответствующих десятичных эквивалентов совпадают, то младший разряд передается на выход напрямую. Преобразование входного кода начинается со второго разряда. Так как выходы микросхемы SN74185N выполнены по схеме с открытым коллектором, поэтому используются дополнительные резисторы нагрузки R1…R5.

Если количество датчиков в измерительной линейке больше двадцати четырех, необходимо увеличение разрядности преобразователя. Это достигается путем каскадного соединения данных микросхем. На рисунке 3 показана схема преобразователя восьмиразрядного двоичного кода в трехразрядный двоично-десятичный код.

Рисунок 3 Схема преобразователя восьмиразрядного двоичного кода в

трехразрядный двоично-десятичный код

Библиография

уровнемер поплавковый датчик дискретный

1. Измерение технологических параметров. [Электронный ресурс] //asup-info.org.ua: информ.-справочный портал. URL http://asup-info.org.ua/index1_4.php (дата обращения: 4.12.2017).

2. Асмолов Г.И., Рожков В.М. Цифровые интегральные микросхемы Ч.2. Комбинационные схемы средней степени интеграции: Учебное пособие. - М.: МАДИ (ГТУ), 2007 - 73 с.

3. Электрические схемы. Шифраторы ТТЛ серий [Электронный ресурс] // esxema.ru: информ.-справочный портал. URL http://esxema.ru/?p=1548 (да-та обращения: 4.12.2017).

4. Аналоговая и цифровая электроника. Учебник для вузов/ Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров; Под ред. О.П. Глудкина.-М.: Горячая линия-Телеком, 2002-768 с.

5. Справочные данные по микросхемам преобразователей кодов [Электронный ресурс] //microshemca.ru: информ.-справочный портал. URL: http://www.microshemca.ru/PR7/ (дата обращения: 4.12.2017).

Размещено на Allbest.ru