專利名稱：明渠流量計(jì)雙級(jí)旋轉(zhuǎn)編碼器組合邏輯譯碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種明渠流量計(jì)雙級(jí)旋轉(zhuǎn)編碼器組合邏輯譯碼裝置。屬于測(cè)量與控制儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字式明渠流量計(jì)是利用標(biāo)準(zhǔn)型式的測(cè)流建筑物帕歇爾水槽、“V”型槽、其它堰槽和其穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系，通過測(cè)量水位來計(jì)算流量。明渠流量計(jì)常采用旋轉(zhuǎn)編碼器，配以精密變速機(jī)構(gòu)與掛輪、測(cè)繩、重錘和浮子構(gòu)成。其原理是浮子以穩(wěn)定的吃水線漂浮在水面上，當(dāng)水位變化時(shí)，浮子也隨之上升或下降，同浮子連接的測(cè)繩帶動(dòng)掛輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過變速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器，從而輸出與水位對(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼。
大量程高分辨率的浮子式水位～流量測(cè)量，采用的絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器，一般有機(jī)電式、光電式、磁敏式編碼器三種形式。如果水位測(cè)量范圍要求2000mm量程，分辨率要做到0.5mm，則要求編碼器輸出至少要4000個(gè)數(shù)字編碼數(shù)。由于受到體積和加工工藝的限制，單級(jí)型編碼器較難做到這樣的大量程。因此多采用雙級(jí)型方式，即采用低位級(jí)和高位級(jí)編碼器組合的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大量程高分辨率輸出?？紤]到編碼可靠性及加工工藝誤差，低位級(jí)多采用Gray碼(格雷碼)，高位級(jí)多采用純二進(jìn)制碼，低位轉(zhuǎn)1圈，高位轉(zhuǎn)1位。絕對(duì)型雙級(jí)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出編碼數(shù)字是輸出數(shù)字＝(高位數(shù)字×低位最大數(shù)字)+低位數(shù)字。譯碼的作用是將低位Gray轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，再按照上式計(jì)算后輸出純二進(jìn)制碼(或BCD碼)，以便顯示直讀或輸出至后端計(jì)算機(jī)采集。譯碼顯示功能目前都采用微機(jī)、單片機(jī)通過編程軟件實(shí)現(xiàn)。微機(jī)、單片機(jī)是一種時(shí)序電路工作方式的器件，從原理上講，在強(qiáng)磁或雷電干擾環(huán)境下，程序跑飛或死機(jī)現(xiàn)象不可避免。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在的缺陷，提出一種采用雙級(jí)編碼器作為大量程浮子式水位～流量測(cè)量的明渠流量計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案由輸入電路、G/B轉(zhuǎn)換電路、減6電路、B/BCD轉(zhuǎn)換電路、高低位運(yùn)算電路、高位選擇電路、輸出接口電路組成，明渠流量計(jì)編碼器輸出的數(shù)字編碼是由由低位級(jí)編碼數(shù)字和高位級(jí)編碼數(shù)字組成，低位級(jí)編碼數(shù)字采用普通Gray碼(格雷碼)，共有9位數(shù)據(jù)線
即9位編碼，有511狀態(tài)，取其中0～499個(gè)狀態(tài)(即6～505)，它用(000000101)G表示0，(000000100)G表示1……依次類推。
高位級(jí)編碼數(shù)字有5位數(shù)據(jù)線( )，采用純二進(jìn)制碼，表示范圍00000～11111。
高位級(jí)編碼數(shù)字和低位級(jí)編碼數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系為低位轉(zhuǎn)1圈，高位轉(zhuǎn)1位，所以明渠流量計(jì)編碼器輸出的真實(shí)數(shù)字為輸出數(shù)字＝(高位數(shù)字×500)+低位數(shù)字其中輸入電路編碼器的公共端(通環(huán))直接與+20VDC電源連接，每個(gè)碼道(編碼數(shù)字碼位)經(jīng)RC輸入電路接通+20VDC電源。當(dāng)某一碼道處于導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，組合邏輯電路器件CMOS電路的入端獲得邏輯“1”信號(hào)，當(dāng)某一碼道處于不導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，CMOS電路的入端獲得邏輯“0”信號(hào)，電容C為防干擾電容，輸入電路中的電阻R1～R19，電阻R20～R38，電容C1～C19組成19路RC積分電路，19路RC積分電路的輸出線與G/B轉(zhuǎn)換電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接；G/B轉(zhuǎn)換電路中的半加器IC24、IC25完成格雷碼G/二進(jìn)制碼B的轉(zhuǎn)換，其間的連線關(guān)系依照下式設(shè)計(jì) 減6電路(3)中的全加器IC21～I(xiàn)C23完成減6運(yùn)算，其間的連線關(guān)系采用取其補(bǔ)碼相加原理設(shè)計(jì)，即取6的反碼與輸入的二進(jìn)制碼B進(jìn)行9位全加，減6電路的輸入線與G/B轉(zhuǎn)換電路的輸出線對(duì)應(yīng)相接，減6電路的輸出線與B/BCD轉(zhuǎn)換電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接； B/BCD轉(zhuǎn)換電路中的或門IC4，全加器IC7、IC8和IC9，或門IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18，全加器IC14和IC15，3/8線譯碼器IC19、IC20完成二進(jìn)制——BCD碼的轉(zhuǎn)換，其間的連線關(guān)系是3/8線譯碼器IC19、IC20的輸出線與或門IC4、IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18的輸入線對(duì)應(yīng)相接，或門IC4、IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18的輸出線與全加器IC7、IC8、IC9、IC14和IC15的輸入線對(duì)應(yīng)相接，全加器IC7的輸出線與高低位運(yùn)算電路中的IC6的輸入線對(duì)應(yīng)相接，全加器IC8和IC9的輸出線與輸出接口電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接；高低位運(yùn)算電路中的或門IC4，全加器IC5、IC6完成高低位運(yùn)算，高位數(shù)共5位，采用二進(jìn)制編碼，高位所代表的真實(shí)數(shù)字應(yīng)為高位數(shù)乘500，用相加的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其間的連線關(guān)系是高位選擇電路中的或門IC4輸出線與全加器IC5、IC6的輸入線對(duì)應(yīng)相接，或門IC4及全加器IC5、IC6輸入線與高位選擇電路的輸出線對(duì)應(yīng)相接，全加器IC5、IC6輸出線與輸出接口電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接；高位選擇電路中的IC10、IC11完成高位選擇；輸出接口電路中的驅(qū)動(dòng)電路IC1～I(xiàn)C3是增加驅(qū)動(dòng)能力。
優(yōu)點(diǎn)采用CMOS組合邏輯電路器件(即與非門、加法器等)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)Gray/二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換、乘法、加法運(yùn)算等功能。其工作方式是非時(shí)序的，當(dāng)前電路狀態(tài)與歷史無關(guān)，從原理上杜絕了死機(jī)、程序跑飛現(xiàn)象。并具有電路簡單、功耗低、可靠性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
主要技術(shù)性能(1)顯示范圍0～15999mm。
(2)讀數(shù)精度1mm(3)明渠流量計(jì)至譯碼顯示裝置的傳輸距離線電阻/根≯100KΩ(4)輸出接口驅(qū)動(dòng)能力每個(gè)輸出端可帶COMS同類門20個(gè)(5)電源交流220VAC，50Hz(6)使用條件環(huán)境溫度-5～+50℃，相對(duì)濕度小于等于95％(7)外形尺寸200×200×80mm

附圖1是本發(fā)明的電路方框圖。
附圖2是電路原理圖。
圖中的1’是輸入電路、2’是G/B轉(zhuǎn)換、3’是減6電路、4’是B/BCD轉(zhuǎn)換、5’是高低位運(yùn)算、6’是高位選擇、7’是數(shù)字顯示、8’是輸出接口電路。
具體實(shí)施例方式
明渠流量計(jì)編碼器輸出的數(shù)字編碼是由由低位級(jí)編碼數(shù)字和高位級(jí)編碼數(shù)字組成，低位級(jí)編碼數(shù)字采用普通Gray碼(格雷碼)，共有9位數(shù)據(jù)線 即9位編碼，有511狀態(tài)，取其中0～499個(gè)狀態(tài)(即6～505)，它用(000000101)G表示0，(000000100)G表示1……依次類推。高位級(jí)編碼數(shù)字有5位數(shù)據(jù)線( )，采用純二進(jìn)制碼，表示范圍00000～11111。
高位級(jí)編碼數(shù)字和低位級(jí)編碼數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系為低位轉(zhuǎn)1圈，高位轉(zhuǎn)1位，所以明渠流量計(jì)編碼器輸出的真實(shí)數(shù)字為輸出數(shù)字＝(高位數(shù)字×500)+低位數(shù)字。
輸入電路1’，輸入電路1’編碼器的公共端(通環(huán))直接與+20VDC電源連接，每個(gè)碼道(編碼數(shù)字碼位)經(jīng)RC輸入電路接通+20VDC電源。當(dāng)某一碼道處于導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，組合邏輯電路器件CMOS電路的入端獲得邏輯“1”信號(hào)，當(dāng)某一碼道處于不導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，CMOS電路的入端獲得邏輯“0”信號(hào)，電容C為防干擾電容，輸入電路中的電阻R1～R19均為12k，電阻R20～R38均為390k，電容C1～C19均為0.01μf，電阻R1～R19和電阻R20～R38與電容C1～C19組成19路RC積分電路，19路RC積分電路的輸出線與G/B轉(zhuǎn)換電路2’的輸入線對(duì)應(yīng)相接；G/B轉(zhuǎn)換電路2’，G/B轉(zhuǎn)換電路中的半加器IC24、IC25(型號(hào)CD4070B)完成格雷碼G/二進(jìn)制碼B的轉(zhuǎn)換，其間的連線關(guān)系依照下式設(shè)計(jì) 減6電路3’，減6電路3’，中的全加器IC21～I(xiàn)C23(型號(hào)MC14008B)完成減6運(yùn)算，其間的連線關(guān)系采用取其補(bǔ)碼相加原理設(shè)計(jì)，即取6的反碼與輸入的二進(jìn)制碼B進(jìn)行9位全加。減6電路的輸入線與G/B轉(zhuǎn)換電路的輸出線對(duì)應(yīng)相接，其輸出線與B/BCD轉(zhuǎn)換電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接。
B/BCD轉(zhuǎn)換電路4’，B/BCD轉(zhuǎn)換電路4’中的或門IC4(型號(hào)MC14001B)，全加器IC7(型號(hào)MC14008B)，全加器IC8和IC9(型號(hào)MC14560B)，或門IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18(型號(hào)MC14071B)，全加器IC14和IC15(型號(hào)MC14560B)，3/8線譯碼器IC19、IC20(型號(hào)MC14028B)完成二進(jìn)制——BCD碼的轉(zhuǎn)換。其間的連線關(guān)系是3/8線譯碼器IC19、IC20的輸出線與或門IC4、IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18的輸入線對(duì)應(yīng)相接?；蜷TIC4、IC12、IC13、IC16～I(xiàn)C18的輸出線與全加器IC7、IC8、IC9、IC14和IC15的輸入線對(duì)應(yīng)相接。全加器IC7的輸出線與高低位運(yùn)算電路中的IC6的輸入線對(duì)應(yīng)相接。全加器IC8、IC9的輸出線與輸出接口電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接。
高低位運(yùn)算電路5’，高低位運(yùn)算電路5’中的或門IC4，全加器IC5、IC6(型號(hào)MC14008B)完成高低位運(yùn)算。高位數(shù)共5位，采用二進(jìn)制編碼，高位所代表的真實(shí)數(shù)字應(yīng)為高位數(shù)乘500，用相加的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。電路的真值見表1。其間的連線關(guān)系是高位選擇電路中的或門IC4輸出線與全加器IC5、IC6的輸入線對(duì)應(yīng)相接?；蜷TIC4及全加器IC5、IC6輸入線與高位選擇電路的輸出線對(duì)應(yīng)相接。全加器IC5、IC6輸出線與輸出接口電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接。
表1

高位選擇電路6’，高位選擇電路6’中的IC10～I(xiàn)C11(型號(hào)MC14019B)完成高位選擇。
數(shù)字顯示7’數(shù)字顯示7’采用八段譯碼器電路直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，顯示水位～流量值。
輸出接口電路8’，輸出接口電路中的驅(qū)動(dòng)電路IC1～I(xiàn)C3(型號(hào)CC4050B)作用是增加驅(qū)動(dòng)能力。
權(quán)利要求
1.明渠流量計(jì)雙級(jí)旋轉(zhuǎn)編碼器組合邏輯譯碼裝置，其特征是由輸入電路(1’)、G/B轉(zhuǎn)換電路(2’)、減6電路(3’)、B/BCD轉(zhuǎn)換電路(4’)、高低位運(yùn)算電路(5’)、高位選擇電路(6’)、輸出接口電路(8’)組成，其中輸入電路(1’)編碼器的公共端直接與+20VDC電’源連接，每個(gè)碼道(編碼數(shù)字碼位)經(jīng)RC輸入電路接通+20VDC電源，當(dāng)某一碼道處于導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，組合邏輯電路器件CMOS電路的入端獲得邏輯“1”信號(hào)，當(dāng)某一碼道處于不導(dǎo)電區(qū)段時(shí)，CMOS電路的入端獲得邏輯“0”信號(hào)，輸入電路(1)中的電阻(R1)～(R19)，電阻(R20)～(R38)，電容(C1)～(C19)組成19路RC積分電路，19路RC積分電路的輸出線與G/B轉(zhuǎn)換電路(2’)的輸入線對(duì)應(yīng)相接；G/B轉(zhuǎn)換電路(2’)中的半加器(IC24)、(IC25)完成格雷碼G/二進(jìn)制碼B的轉(zhuǎn)換，其間的連線關(guān)系依照下式設(shè)計(jì) 減6電路(3’)中的全加器(IC21)～(IC23)完成減6運(yùn)算，其間的連線關(guān)系采用取其補(bǔ)碼相加原理設(shè)計(jì)，即取6的反碼與輸入的二進(jìn)制碼B進(jìn)行9位全加，減6電路的輸入線與G/B轉(zhuǎn)換電路(2’)的輸出線對(duì)應(yīng)相接，減6電路的輸出線與B/BCD轉(zhuǎn)換電路(4’)的輸入線對(duì)應(yīng)相接；B/BCD轉(zhuǎn)換電路(4’)中的或門(IC4)，全加器(IC7)、(IC8)和(IC9)，或門(IC12)、(IC13)、(IC16)～(IC18)，全加器(IC14)和(IC15)，3/8線譯碼器(IC19)、(IC20)完成二進(jìn)制——BCD碼的轉(zhuǎn)換，其間的連線關(guān)系是3/8線譯碼器(IC19)、(IC20)的輸出線與或門(IC4)、(IC12)、(IC13)、(IC16)～(IC18)的輸入線對(duì)應(yīng)相接，或門(IC4)、(IC12)、(IC13)、(IC16)～(IC18)的輸出線與全加器(IC7)、(IC8)、(IC9)、(IC14)和(IC15)的輸入線對(duì)應(yīng)相接，全加器(IC7)的輸出線與高低位運(yùn)算電路中的(IC6)的輸入線對(duì)應(yīng)相接，全加器(IC8)和(IC9)的輸出線與輸出接口電路(8’)的輸入線對(duì)應(yīng)相接；高低位運(yùn)算電路(5’)中的或門(IC4)，全加器(IC5)、(IC6)完成高低位運(yùn)算，高位數(shù)共5位，采用二進(jìn)制編碼，高位所代表的真實(shí)數(shù)字應(yīng)為高位數(shù)乘500，用相加的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其間的連線關(guān)系是高位選擇電路(6’)中的或門(IC4)輸出線與全加器(IC5)、(IC6)的輸入線對(duì)應(yīng)相接，或門(IC4)及全加器(IC5)、(IC6)輸入線與高位選擇電路的輸出線對(duì)應(yīng)相接，全加器(IC5)、(IC6)輸出線與輸出接口電路的輸入線對(duì)應(yīng)相接；高位選擇電路(6)中的(IC10)、(IC11)完成高位選擇；輸出接口電路(8’)中的驅(qū)動(dòng)電路(IC1)～(IC3)是增加驅(qū)動(dòng)能力。
全文摘要
本發(fā)明是明渠流量計(jì)雙級(jí)旋轉(zhuǎn)編碼器組合邏輯譯碼裝置。由輸入、G/B轉(zhuǎn)換、減6、B/BCD轉(zhuǎn)換、高低位運(yùn)算、高位選擇、輸出接口等電路組成，輸入電路組成的19路RC積分電路的輸出線與G/B轉(zhuǎn)換電路的輸入線相接；減6電路中的輸入線接G/B轉(zhuǎn)換電路的輸出線，減6電路的輸出線接B/BCD轉(zhuǎn)換電路的輸入線；B/BCD轉(zhuǎn)換電路中的輸出線接高低位運(yùn)算電路、輸出接口電路的輸入線；高低位運(yùn)算電路輸出線接輸出接口電路的輸入線；優(yōu)點(diǎn)采用CMOS組合邏輯電路器件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)Gray/二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換、乘法、加法運(yùn)算等功能。其工作方式是非時(shí)序的，當(dāng)前電路狀態(tài)與歷史無關(guān)，杜絕了死機(jī)、程序跑飛現(xiàn)象。電路簡單功耗低、可靠性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等。
文檔編號(hào)G01F1/56GK1487269SQ0311286
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者徐立中, 李德富 申請(qǐng)人:河海大學(xué)