畢業設計-油氣田井口數據采集系統的設計(更新版)

　　

【正文】 電阻梯形網絡輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比 較。變換結果范圍為 00~FF。 NC : 無連接，必須懸空。 KEY: 按鍵有效輸出端。電容的值為 15pF。 一條信息的各位數據被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。 0~20Kbps。 RS— 485用于多點互連時非常方便，可以省 掉許多信號線。接口芯片使用原理如圖 。 RS— 485 通信總線 RS— 485，工業標準有許多優點，它可以在一個聯機中連接多達 23個接收及發送裝置，連接長度更長達 1200m，短距離通信速度可以達到 10Mbi吮，同時 RS— 485收發芯片的價 格較低，僅要 SV 電源供電，這可以大大簡化系統中電源電路的設計。 （ 4）傳輸距離有限 ，最大傳輸距離標準值為 ，實際上也只能用在 15m以內。 串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。接 +5V電源。 DP: 小數點驅動輸出。 CS : 片選輸入端，與單片機 AT89S52的 。 顯示電路設計 本系統采用比高公司生產的具有串行接口，可同時驅動 8位共陰式數碼管 (或46只獨立 LED)的智能顯示驅動芯片 HD7279A。在轉換過程中，轉換數據同時從 DO端輸出，以最高位 (MSB)開頭。 TLC0838多路器控制邏輯表如表 。置 CS為低，使所有邏輯電路使能，轉換器初始化。串行輸出可配置為標準移位寄存器或微處理 器接口。 A/D 轉換單元電路設計 在實際應用中，因串行 A/D轉換芯片具有占用單片機的引腳資源少，可以簡化單片 機系統，降低成本的優點，所以串行工作方式的 A/D轉換器在單片機系統中有著廣泛的 應用。 A/D轉換器輸出數字量的大小只能是某個規定的最小單位的整數倍，即必須把采樣電壓轉化為這個最小數值 單位的整數倍。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR）時， P2 口送出高八位地址。 P1 口： P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。 8 位微控制器 8K 字節在系統可編程FlashAT89S52。 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。相對濕 度在 0%一 100%RH范圍內，電容量由 162pF變到200pF，其誤差不大于177?；魻栭_關傳感器是在霍 爾效應原理的基礎上，利用集成 封裝和組裝工藝將霍爾元件及一些輔助元件集成制作而 成，它可以方便的把磁輸人信號轉換成實際應用中的電信號。103/℃ VSN 增益值 177。 177。第六、七 、八個字節用于內部計算。 64 位光刻 ROM的排列是：開始 8位（ 28H）是產品類型標號，接著的 48 位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8位是前面 56位的循環冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。顯示驅動芯片采用MC14489B，它可以驅動 5 位共陰極數碼管，微控制器的 P1 口的低 5 位作為鍵盤輸入口，擴展的 RS— 485 接口用于多機通信。 3. 隔離在測量高電壓信號時，隔離電路可以保護你的后端設備被意外的高電壓輸入損壞。用這種方式采集多通道信號時，不能同時采集同一時刻的各種參數。結構框圖如圖 。多路模擬信號的采集有 以下幾種結構形式。 圖 數據采集系統的組成 采集系統硬件主要包括傳感器、 A/D轉換器、單片機、輸入 /輸出接口電路等。界面簡單，操作 容易。顯示驅動芯片 HD7279A 傳感器 電路 8 通道 A/D 單 片 機 數字信號 采集電路 LED 顯示 通信芯片 上 位 機 油氣田數據采集系統的設計 5 采用串行接 口和單片機連接，可同時驅動 8位共陰式數碼管。 (1)硬件部分 硬件部分分為數據采集和數據處理兩部分。 (2)高性能單片機的問世和各種數字信號處理器的涌現，進一步推動了數據采集系 統的廣泛應用。這就要求系統的 通用性要盡可能地好，能靈活地進行功能擴充。 (2 )可靠性高。 單片機 及其外圍電路構成的部分是專為數據采集等功能的要求而配置的，主機則承擔數 據采集系統的人機對話、大容量的計算、記錄、打印、 圖形顯示等任務。 ②系統的軟硬件設計與配置規模都是以滿足數據采集系統功能要求為原則，因此系 統的軟硬件應用 /配置比接近于 1，具有最佳的性價比。它主要有以 下幾個特點 : 油氣田數據采集系統的設計 2 ①系統較強的軟、硬件支持。 數據采集及其應用技術受到人們越來越廣泛的關注，數據采集系統也迅速地得到應用 。 為了滿足生產中多通道的要求，設計 了 8個模擬數據采集通道和 1個數字數據采集通道。 月 日 月 日 撰寫畢業設計論文。 進行系統主電路設計及控制電路設計。 確定油氣田井口數據采集總體方案，完成總體設計與論證。 進行系統主電路設計及控制電路設計，制作 MCGS控制界面。數據采集部分采用多路開關方式進行，利用 溫度傳感器 DS18B20和電容 式濕度傳感器分別設計了溫度采集電路和濕 度采集電路，利用霍爾開關設計了頻率采集電路， BLFS7電 流傳感器， LV28P系列電壓傳感器，進行電流和電壓的數據采集。為了適應廣泛的地層條件，保證數據能進行高精度數值計算，要求油氣田數據采集系統有較大的測量動態范圍和分辨率，并適合井下高溫高壓工作環境。 數據采集技術的分類 工業上使用的數據采集系統大致可分為四類： （ 1）基于通用微型計算機 (如 PC機 )的數據采集系統 這種系統主要功 能是將采集來的信號通過外部的采樣和 A/D轉換后的數字信號通 過接口電路送入微機進行處理氣然后再顯示處理結果或經過 A/D轉換輸出。因此，系統的軟硬件開發必須借助開發工具。它是由通用計算機（ PC機）與單片機通過標準總線 (例如 RS— 485標準 )相連而成。因此，要求在硬件上必須要有實時時鐘和優先級中斷 信息處 理電路。一臺以嵌入式系統為核心的控制裝置，一般可以控制多 個設備和不同的過程參數。 數據采集的研究進展 數據采集系統的發展趨勢主要表現在以下幾個方面 : (1)新型快速、高分辨率 的數據轉換部件不斷涌現，大大提高了數據采集系統的性 能。 本文的主要工作 本文的具體設計包括硬件設計和軟件設計兩大部分。模數轉換器采用 8位串行模數轉換器 TLC0838，該芯片占用單片機的引腳資源少，僅占有單片機 5個引腳即可完成 8個 通道的數據采集，簡化了電路設計，降低 了成本。在功能上，滿足了數據采集系統的基本要求，如通信串口的選擇，數據的采集、保存、查詢和打印等?；?本組成如圖 。 傳感器（ S） S/H 采樣保持 A/D 模 /數 I/O 主 機 模擬信號 輸入通道 單片機 輸出通道 油氣田數據采集系統的設計 7 圖 單通道數據采集框圖 （ 2）多通道數 據采集 多通道數據采集是：被采集的模擬信號有兩個或兩個以上。 ②多路共享 A/D轉換方式 信號進入各路采樣保持電路， 然后由多路開關可選擇地將各路信號送入 A/D 轉 換器進行轉換。 圖 多路開關方式框圖 它常用于采集多路變化緩慢的信號，如溫度變化、應變信號等。因此我們需要使用信號調理鍵盤 輸入電 路 CPU 單片機 時鐘電路 復位電路 LED 顯示發光二極管顯示電路 蜂鳴器電路 溫度傳感器 各種輸出控 制模塊 電壓傳感器 頻率采集 電路 電流傳感器 濕度傳感器 油氣田數據采集系統的設計 10 模塊對傳感器的信號放大。 油氣田數據采集系統的設計 11 第三章 系統硬件設計 各硬件的功能說明 智能電器監控單元的輸入模塊 系統是以 STC89 系列的 STC89C58RD+微控制器 ，外圍電路主要由電壓采集電路、 A/D 轉換電路、顯示驅動電路及鍵盤電路等幾部分組成的， A/D 轉換芯片采用 10 位 ADCTLC1549。光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。第三個和第四個字節是 TH、TL的易失性拷貝，第五個字節是結構寄存器的易失性拷貝，這三個字節的內容在每一次上電復位時被刷新。 % ε L 線性度 % TYP Max IOT IO的溫漂 177。 20 mV VoT 溫度漂移 失調電壓 177。 圖 測頻法原理圖 設閘門信號頻率為 : SS Tf /1? () 設被測信號頻率為 : XX Tf /1? () 則計數結果為 : SXXS ffTTN 22 ?? () ∴ SX Nff 2? () 頻率采集電路設計 本次設計的電路中頻率信號采集采用的是霍爾開關傳感器。其中， HS1100濕度傳感器與其它產品相比，有著 顯著的優點 :不需校準的完全互換性，高可靠性和長期穩定性，響應時間快，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路以及適宜于在流水線上自動插件和自動裝配等。 霍爾開關 CS3172 油氣田數據采集系統的設計 18 圖 濕度檢測電路 CPU 模塊單片機 AT89S52 與 MCS51 單片機產品兼容、 8K 字節在系統可編程 Flash 存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態操作： 0Hz～ 33Hz、三級加密程序存儲器、 32 個可編程 I/O 口線、三個 16 位定時器 /計數器 八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后 中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。VCC 輸 出 至（ T1） (T1) 油氣田數據采集系統的設計 19 掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。程序校驗時，需要外部上拉電阻。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 FLASH存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。采樣 1保持器在保持階段相當于一個“模擬信號存儲器”。執行量化動作的裝置為 A/D 轉換器。輸入配置在多路器尋址時序中進行。狀態轉換輸出引腳 SARS連接 ，數據輸出方式選擇引腳 SE連接 . TLC0838工作過程如下：輸入配置在多路器尋址時序中進行。多路器地址選擇模擬輸入通道，也決定輸入是單端輸入還是差分輸入。比較器的輸出指出模擬輸入是大于還是小于電阻梯形網絡的輸出。為滿足低溫下系統正常工作的要求，選用工業級 TLC0838芯片，工作溫度為 40℃ ~85℃。 VSS: 接地。 SG— SA: 段 G— 段 A驅動輸出。 RESET: 復位端。串行通訊的特點 是數據位傳送，傳送按位順序進行，最少只需一根傳輸 線即可完成，成本低但速度慢。 （ 3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸 容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。基于比辣硯本系統采用 RS— 485標準進行通信。 油氣田數據采集系統的設計 27 表 RS—485電氣參數 規 定 RS—485 工作方式 差分 節點數 1發 32收 最大傳輸電纜長度 1200m 最大傳輸速率 10Mb/s 最大驅動輸出電壓 7V~ +12V 驅動器輸出信