水文纜道光電測(cè)距儀

【摘要】NYSW-1型水文纜道廣電測(cè)距儀，采用光電傳感器將水文纜道鋼絲繩的移動(dòng)轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)，然后送入可預(yù)置可逆加減計(jì)數(shù)電路，并通過(guò)數(shù)字比較電路對(duì)數(shù)值進(jìn)行比較，從而根據(jù)預(yù)置的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)等功能，達(dá)到測(cè)量起點(diǎn)距和水深的目的。

【關(guān)鍵詞】光電傳感器；可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器；數(shù)字比較器；動(dòng)態(tài)掃描。

一、前言

目前，在水文纜道設(shè)備中，起點(diǎn)距和水深的測(cè)量一直采用比較落后的機(jī)械計(jì)數(shù)器。這種計(jì)數(shù)器必須安裝在絞車上，與絞車的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，使用時(shí)需要幾個(gè)人配合操作，不僅觀測(cè)不便，而且精度差，定位誤差很大。不能實(shí)現(xiàn)對(duì)纜道的自動(dòng)化控制，在很大程度上制約了水文纜道的發(fā)展。

針對(duì)這一問題，我們研制了“NYSW-1型水文纜道光電測(cè)距儀”，該設(shè)備操作簡(jiǎn)便，顯示直觀，能夠與相應(yīng)的纜道控制設(shè)備配套，使水文纜道實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。其原理框圖見圖1。

二、單元電路控制原理

1 光電傳感器電路

光電傳感器電路是由光孔輪及紅外線發(fā)射接收組件組成。纜道鋼絲繩的移動(dòng)帶動(dòng)光孔輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)紅外線發(fā)射接收組件產(chǎn)生光電信號(hào)，然后送入計(jì)數(shù)電路。圖2為光孔輪示意圖。圖3為紅外線發(fā)射接收示意圖。

2 加減轉(zhuǎn)換及可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器電路

圖4為測(cè)距儀計(jì)數(shù)單元電路原理圖。其中N1為六反相器（CD4069），N2為雙D觸發(fā)器（CD4013）。N1F、N1E、R3及N1A、N1B、R6組成兩路脈沖整形電路，用來(lái)消除光信號(hào)波形邊沿的抖動(dòng)及雜波干擾。紅外線接收管A、B收到的電信號(hào)分別送入N1F13腳及N1A1腳， N1及N2完成加減脈沖轉(zhuǎn)換。當(dāng)光孔輪正轉(zhuǎn)時(shí)，光電管受光照順序是（全暗）→A→AB→B→（全暗），此時(shí)由N2B12腳輸出加脈沖信號(hào)，其邏輯真值表如表一所示。反之，光電管受光照順序是（全暗）→B→BA→A→（全暗），此時(shí)由N2A2腳輸出減信號(hào)脈沖。這兩個(gè)信號(hào)分別送到N3的5腳（CPU）和4腳（CPD），由N3～N7完成加減脈沖的計(jì)算，其邏輯真值表如表一所示。N3～N7為可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器，型號(hào)是CD40192，P0---P3為并行置數(shù)端，Q0---Q3為BCD碼輸出端，PL為預(yù)置控制端（低電平有效），CPU為加信號(hào)輸入端，CPD為減信號(hào)輸入端，TCU為進(jìn)位端，TCD為借位端。計(jì)數(shù)器的初值通過(guò)置數(shù)組件經(jīng)S3輸入，數(shù)字信號(hào)由S4輸出，送入動(dòng)態(tài)掃描顯示電路及數(shù)字比較電路。

3 計(jì)數(shù)電路輸出的數(shù)字信號(hào)由S1送入動(dòng)態(tài)掃描電路。動(dòng)態(tài)掃描電路由N3～N7（三態(tài)門74L S125）、

N8（譯碼器CD4513）、N2（脈沖分配器CD4017）及V1～V22組成。N1、N2為掃描時(shí)序信號(hào)發(fā)生器電路，掃描頻率由R2、C1決定。N1A、N1B、R2、C1產(chǎn)生的振蕩信號(hào)送入脈沖分配器N2的CL引腳，在其輸出端（Q1、Q3、Q5、Q7、Q9）產(chǎn)生1--5時(shí)序信號(hào)。該信號(hào)一路經(jīng)反相后作為三態(tài)門的門控信號(hào)，另一路作為L(zhǎng)ED數(shù)碼顯示屏的位驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號(hào)。由計(jì)數(shù)器來(lái)的5組BCD信號(hào)經(jīng)三態(tài)數(shù)據(jù)門后進(jìn)入4位數(shù)據(jù)總線，最后經(jīng)N8譯碼器輸出七段筆畫信號(hào)。在時(shí)序信號(hào)1—5控制下，選通某一組BCD數(shù)據(jù)通過(guò)三態(tài)門后由譯碼電路輸出七段筆畫信號(hào)，同時(shí)給對(duì)應(yīng)的LED數(shù)據(jù)位加電，該數(shù)據(jù)即可最顯示屏對(duì)應(yīng)的位置顯示出數(shù)字。由于時(shí)序信號(hào)頻率在幾十KHz范圍，所以人眼看不出數(shù)字閃動(dòng)。最后使共陽(yáng)極LED顯示屏顯示出穩(wěn)定的數(shù)字，并且能節(jié)省大量電能。

4 數(shù)字比較器及控制電路

數(shù)字比較器采用CD4585集成電路，比較器由N1～N5組成，停機(jī)數(shù)據(jù)由S2輸入，光電測(cè)距儀輸出的另一路數(shù)字信號(hào)由S1輸入。當(dāng)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)大于或等于停機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由V3、V4及J2輸出電動(dòng)機(jī)停機(jī)指令，反之，由V1、V2及J1輸出電動(dòng)機(jī)停機(jī)指令。

測(cè)深電路沒有初值預(yù)置電路，其余部分與起點(diǎn)距電路相同。

三、測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)

1 操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)顯示直觀。整個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)人即可完成對(duì)纜道的各種操作，省時(shí)省力。

2 定位準(zhǔn)確，測(cè)量精度高。

3 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，與相應(yīng)的設(shè)備配套可以實(shí)現(xiàn)纜道的自動(dòng)化控制。

4 制作方便，造價(jià)低廉，便于推廣應(yīng)用。