【摘　要】　介紹了用光纖傳輸系統和可編程邏輯器件（EPLD）實現的油庫液位測量系統，給出了系統結構框圖和設計思想。
??? 關鍵詞：光纖，EPLD，油庫
　　
1　系統工作原理
　　對油庫油量實時監測和記錄是油庫系統的一項經常性的工作。出于安全性的考慮，油庫內不允許使用電力設備，也嚴禁煙、火。傳統的油庫液位測量是靠人工操作，每個油罐內、外都有尺碼標記，需要測量油位時就派人爬到油罐頂端，打開頂蓋，用目測法確定油面所處的位置，記錄油量的變化。該法較麻煩，測量誤差也較大，但油罐上不允許用電，這給自動化測量帶來很大困難。筆者曾配合某研究所研制了使用光電隔離系統來測量油庫液位的系統，很好地解決了這個問題：在油罐頂端使用平衡傳動設備，用光源測量油位的變化，然后將這種隨油量而變化的光信號通過光纖傳輸到監控中心，這樣，監控中心就能對油庫油量進行實時監測和控制，既保證了油庫的安全，又達到了對油庫自動化管理的目的，同時還大大提高了進出油量的測量精度，可顯著提高油庫系統的經濟效益。這種方法可以推廣到對油的密度和溫度進行實時監測，市場前景非常廣闊。圖1是該系統的結構框圖。
　　圖1中，浮標和吊錐起平衡作用，當油面靜止時，吊錐維持不動，光源發出的光通過齒輪保持不變。當油面上下浮動時，齒輪隨著轉動，這時，通過齒輪孔的光線會按一定的速率變化，將這種變化的光信號通過光纖傳輸到后續設備進行處理。油面是上升還是下降，可以根據光線通過齒輪孔正反向導通率的不同來確定。

　　為判斷油罐是進油還是出油，需要產生兩路光信號：基準和比較信號。兩路光電轉換及放大電路完全一樣，但光信號的延時不一樣，光信號通過光電轉換器變為電信號，經過兩級放大與校準變成TTL電平送到數據處理設備。圖3是進出油時所觀察到的波形圖。隨著齒輪的轉動，電路會輸出一連串脈沖信號，齒輪轉得越快，脈沖頻率越高，油量變化就越快。也就是說，齒輪轉動一格，電路就會輸出一個脈沖信號，即表示油庫油量上升或下降一格所代表的距離。下面要介紹的數據處理電路的作用主要是精　　確統計放大電路輸出的脈沖個數，然后通過轉換電路將脈沖數轉換為油庫對應的高度。
2　數據處理電路的硬件設計
　　數據處理電路是整個系統的核心部分，全部電路集成在一片可編程邏輯器件EPLD內，器件使用Altera公司生產的EPM7000系列。該芯片主要特點是體積小，價格便宜，引腳選擇靈活，內部包含3000個有效門，特別適合中小規模電路的設計。在具體設計過程中，用Altera公司的開發軟件MAX＋PLUSII將待設計的電路用VHDL語言或電路圖方式進行描述并輸入，由軟件自動編譯、布局和布線，生成可編程POF文件和SNF仿真文件，待仿真結果正確以后就可以通過編程器將編程文件加載到EPLD內。
　　本電路的主要功能為：估計輸入信號的時鐘頻率，選擇合適的時鐘分頻信號，對兩路輸入信號進行同步整形，消除邊緣效應引起的毛刺，避免因毛刺而引起的對脈沖數統計的誤差。對輸入信號進行識別，根據比較信號對基準信號的延遲不同，判斷電路工作在1、2模式，還是1、3模式。如果工作在1、2模式，計數器正向計數；如果工作在1、3模式，計數器反向計數；如果輸入為一恒定電平，計數器處于保持狀態。最后，將計數器結果輸出到液晶顯示模塊或計算機中。圖4是數據處理框圖。

　　整形識別電路設計得好／壞直接關系到整個系統的性能指標。在設計整形識別電路之前，我們對油庫工作情況進行了分析。由于油罐體積一般比較大，所以進油、出油的速度比較慢，我們曾經用水代替油做過模擬實驗，光信號變為脈沖電信號的周期一般都在500ms以上，在如此長周期的信號中會伴隨著出現一些大毛刺，（實測最大的毛刺寬度為2ms），如果用此信號作為計數器計數時鐘，會給系統帶來很大誤差。考慮到毛刺多出現在上升沿或下降沿階段，可以選擇用500μs時鐘對輸入信號進行鎖存，這樣，一可起同步作用，二可以消除一些小的毛刺，剩下的毛刺就是大于500μs的毛刺，然后用此信號作為161計數器的清零信號，用500μs時鐘作為161計數器的計數時鐘，按圖5所連即可消除前沿和后沿2ms的干擾脈沖。將整形后的兩路信號送到識別電

　
路產生正反向控制信號，其中，基準信號送到正反向計數器電路作為計數脈沖。識別電路是根據基準信號和比較信號上升沿的不同來判別的，進油時，基準信號和比較信號上升沿近似對齊，出油時，基準信號和比較信號上升沿相差半個時鐘節拍，通過比較正電平內計數脈沖個數來確定進出油，具體電路實現如圖5所示。
3　結束語
　　實踐證明，本系統較好地解決了油庫油量的測量問題，模擬實驗效果良好，測量誤差控制在2個脈沖信號內，能準確及時地反映油量的變化，又易于與微機組成可靠的監測系統，為油庫管理系統自動化提供了有益的嘗試。
1　劉寶琴，張芳蘭，田立生．Altera可編程邏輯器件的應用．北京：清華大學出版社，1995