油田抽油机参数无线数据采集与监控系统的设计

东北林业大学硕士学位论文油田抽油机参数无线数据采集与监控系统的设计姓名张福军申请学位级别硕士专业农业电气化与自动化指导教师王克奇201006摘要摘要采用专用无线数传技术和网络数据传输技术完成油田抽油机电流、压力信号的无线传输，设计并制作一套完整的电流、压力无线收发系统，为油田采油技术的数字化进程提供理论和技术支持。完成电流检测系统、压力检测系统、便携式手持记录仪系统的硬件电路设计与制作，包括电路原理图的设计、宓纳杓啤板的焊接和调试；三个系统软件程序的编写、下载、调试和修改。实现电流、压力模拟信号到数字信号的转换，数字数值的运算、存储和读取等功能确定计算电流、压力实际十进制数值的转换系数，系数是可以调节和校准的；根据用户的实际要求，切换到相应的发送模式，在便携式记录仪接收的模式下，记录仪系统的液晶显示器上显示电流、压力的数据为五位，其中小数点占一位，所以软件程序必须能够正确的判断小数点的位置，并存储。了解网络技术的工作原理、特点和应用，熟悉模块的上网过程，设计电流、压力数据的网络发送模式流程。东北林业大学硕上学位论文甌痬，琧琻籧；本研究的目的和意义近年来，无线数据采集与监控系统发展及其迅速，主要采用专用无线数传系统或借不如专用无线数传系统简单易用，况且随着油田勘测技术的进步，好多油田都位于远离城市的边缘地区，受公网业务开通状况及信号覆盖范围的影响，该项业务能否在某处使用，完全取决于运行商的系统建设情况，不如专用无线数传系统灵活，它的运行费用相对较高，例如，是按流量计费，一些无用的信息也会被计费，在节假日时公网系统的负荷会达到高峰缍绦拧市诺瘸杀对龀，系统及网络堵塞严重，信息不畅，不抽油机无线数据采集的技术现状东北林业大学硕士学位论文析，其他参数采集作为系统功能扩展，在原有系统的基础上适当的修改就可以实现。由于油井现场工作环境恶劣，因此对数据采集系统的硬电路件提出了更高的要求，在抗干扰、温漂、稳定性、可靠性等方面满足油田用户的需要。另外，防盗、防雨、防晒也得充分考虑。抽油机参数采集系统的发展是从模拟信号到数字信号，从有线到无线的发展过程，建国初期我国的科技水平还比较低，这时期油田采用的各种仪表器械大多数都是进口前苏联淘汰的设备，油田工人在巡查油井时察看各种模拟的指针式仪表，在工作日程本上记录各种数据，工程师们手制的绘出各种曲线，然后进行分析和存档这种参数采集方法耗费大量的人力、不够精确、容易出现误差，甚至会出现难以挽回的错误性判断，为提高油田服务质量，我国科研人员自己研发了一大批性能更加优越的各种模拟式指针仪表，克服了很多难题，但是效果还是不理想。随着数字技术和模拟集成电路的成熟，在上个世纪六七十年代，各种多样的数字仪表应用在不同的工业场合，当然也包括举足轻重的石油产业，这时期油田应用的各种模拟仪表很多都己被数字仪表所取代，与模拟仪表相比，数字仪表的处理更加精确，精度高，况且读数据也不容易产生较大的偏差，维护和更新都较模拟仪表有很大的方便、快捷。但是，比较不方便的是油田的巡查人员要定期的去油井采集数据，还是要手工记录数据信息。迫于这种情况，在八九十年代，随着微处理器技术的发展，我国开发出各种便携式的数字仪表，也就是说，油田巡查人员携带各种可随时安装的数字仪表，然后读入数据，进行存储，这就克服了手工记录的弊端，工程技术人员可以随时的读出抽油机的数据信息，目前这种仪表油田还有很多在继续使用，相应的各种升级产品很多，处理能力和存储能力都有很大的改善。但是唯一不足之处是采用有线的数据传输方式，还需要巡检人员去现场采集，进入世纪，随着通信技术的突飞猛进的发展，各种应用于油田九十年代后，微波技术迅猛发展，这种技术可以很容易将数据传送到千里之外，于是很多采油科技人员努力研究，希望利用这一技术来实现抽油机的远程监测。这项技术具有远程通讯速度快，传送距离远等优点，但由于在采油基地要实现这一技术必须利用目前，根据国内油井在油田的分布特点，除了人工巡检的方式外，实现站点间的数欧美等发达国家己经将利用卫星进行数据传输和全球定位系统运用于石油行业各个领域，在这方面我国还和欧美等国家有一定差距。我国塔里木油田的油井数据传输系统就是使用我国完全自主知识产权的卫星导航定位、数据通信系统。利用卫星进行数据传输的距离远、数据量大，可以说覆盖了全球各个角落。但是费用惊人，目前还不适合在算、转换、存储等过程。据的接收、显示、存储、设置等各种功能。低秤布缏飞杓朴氲魇浴瓿上低秤布缏吩硗嫉纳杓疲布板图的现场检测系统分为两部分，电流检测系统和压力检测系统，其中电流检测系统为主系统，完成对所有参数的汇总和处理，数据的发送和接收等功能，压力检测系统距离主系统比较远无法用引线连接，所以通过无线收发模块把压力信号传送给主系统。便携式记录仪完成对现场信号的无线接收，显示接收数据的数值，并进行存储。上位机管理软件通过两种方式进行数据的接收，一种是通过公网信息平台接收模块发送的数详细的完成系统的研究与设计，本文仅对现场采集系统和便携式记录仪进行设计和制作，不对上位机管理软件进行设计和开发，仅给出一定的设计思路和设计方法。长，也为石油工业的发展提供了契机。随着采油业的发展，产生了被广泛使用的油井举抽油机的种类很多，各种相关技术发明有数百种。在众多的分类方式中，按照采油方式来分是最常用的分类方法，按照这种分类方式把抽油机分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类和旋转运动类，国内外大量使用的游梁式抽油机就属于往复运动类抽油设备；无杆类采油设备又可分为电动液压驱动类、潜油离心泵和气举采油设备【。目前，游梁式竖井抽油机采油系统在油田中应用最为广泛，本课题选用的就是这种东北林业大学硕士学位论文起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速器和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两个发电机运行状态，当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小【】。抽油机电流的重要性抽油机的电流是指带动抽油机工作的动力装置电动机的电流，由于抽油机是上下冲程的往复式运动，所以电动机的电流是按照一定规律变化的，衡量电流变化的主要数值是平衡比，平衡比是指抽油机下冲程电流与上冲程电流之比。平衡较好的电动机电流平衡曲线变化不大，但当抽油机出现各种故障时可能要破坏这种平衡，造成电流的极端变化，例如【】电机轴承损坏严重可能出现堵转，抽油机减速器卡住造成电动机过流，抽油杆卡住造成电动机过流；另外，当油井中泵的充满度较高时，下冲程开始不久，游动阀即打开，泵中液面托住了游动阀上部的液柱重量，并使抽油杆柱也浸没在液体中，因而光杆载荷只是杆柱在液体中的浮重，这也就意味着电机将用较大的能量来举起曲柄或游梁尾部的平衡重的重量才能将杆柱送入井底，因而电流就较大；此外，油层内“粘电流检测系统的简介图为电流检测系统的硬件结构框图，系统中采用的微处理器是美国公司电流检测系统软件主程序包括若干个子程序，主程序调用各个子程序完成一定的功东北林业大学硕士学位论文能，在程序设计过程中，要保持逻辑清晰、思路明了，要缩短开发周期，降低开发成本，而且开发出的系统易于调试和维护。下面对主程序设计的过程进行介绍，程序首先的初始化、指示灯的初始化，然后判断工作模式，若是工作模式，则调用线数传模式。开始初始化程序霁一一墨发送子程序区圃童屎爵翮指示灯状态变化黟卤设置为接收模式罗网区基堕蕊叠卤陌孬赢蓊函习数点位置等问题。电流转换系数调节按键的目的是实现转换系数的校准，一般在系统开发和初次使用时根据已知电流数值进行校准，由于系数调节按键只有一个，所以程序中设置了调节系数数值的上、下限，也就是说转换系数有一定的范围。油井周期是记录仪系统发送来的，其数值就是抽油机一个上下冲程周期的时间，单位是秒。数值筛选程序完成上冲程峰值、下冲程峰值、谷值的数据筛选，筛选出来的数据均为数字数值，为了得到实际的电流数值，还必须根据电流转换系数计算出需要发送的十进制电流值。平衡比是下冲程峰值与上冲程峰值的比，冲次数是指一分钟内的冲程数，用除以油井周抽油机工作时电动机的电流很大，无法直接被单片机采集和处理，所以必须经过电流互感器按照一定的比例把大电流变为小电流，然后把电流信号转换为电压信号，再经过电路的处理，转换为单片机能够直接处理的标准电压信号。电动机的电流是三相电流，所以采用三相电流互感器对三相电流进行变换。电流互感器的选择可根据实际情况而定，为了提高精度与可靠性，可以选择成品的电流互感器，在精度要求不高的情况下可以自己制作，留出电流的输出接口即可，图是电动机三相电流经三相互感器变换后的处理电路。这里仅对嘟邢晗傅姆治觥相电流经过互感器变为小电流，互感器只是按照一定东北林业大学硕士学位论文的比例降低了电流的幅值，不改变电流的方向，所以互感器的输出仍为交流信号，经过一个电阻变为交流的电压信号加在的同相输入端，集成运算放大器蚒组成了整流电路，能够把交流的电压信号变为直流的电压信号，供单片机来，当正向电压加到喽说耐保笮男藕偶釉诹薝反相输入端前面的电阻上，根据“虚短汀靶槎的原理，电阻、上面都没有电流，所以输出由以上分析可以得出，无论互感器输出电流信号为正向还是负向，经过两个集成运算放大器处理后，都变为正向电压信号，这个信号是连续的模拟信号，可以完全被单片采集电流的疍转换与存储部分采用阈郊锹家遣捎肅，这是因为该类型的微控制器有很多优点，它是完全集成的混合信号系统级芯片哂杏隡完全兼容的指令周期，能在执行指令期间预处理下一条指令，提高了指令执行效率【】。系列单片机是具有混合信号系统功能的芯片，它由美国公司生产，该公司是一家专门从事混合信号系统芯片设计与制造的公司。公司更新了原单片机系列单片机是真正独立工作的珻有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设，以降低功耗；它除了具有标准的数字外设部件之外，片内还集器还具有在线重新编程的能力【，既可用作程序存储器，又可用于非易失性数据存单片机的工作电压为湫椭滴酒腎、引脚均允许电压输入。腜、三个引脚进入单片机，经过软件运算，判断抽油机的运的位精度，包含一个可编程的模拟多路选择器劲鵒糜谘馎的正输入哪一相电动机的电流。电流检测系统外扩了数据存储器，能够存储单片机采集的电流数据和压力检测系统发送来的压力数据，数据存储芯片采用公司生产的串行电可擦除的可编程存储器，内部有常恳灰澄字节，任一单元的地址为位，地址东北林业大学硕士学位论文小型笼型电动机的定子启动电流赶叩缌与额定电流之比值大约为，电动机不是频繁启动或是小型电动机时，启动电流对电动机本身影响不大，因为启动电流虽大，但启动时间很短。由于抽油机上的电动机都是大型电动机，启动时间将加长，这样会引起热量的积累，使电动机过热，造成绕组的烧毁。因此采用了两个继电器构成了星一角换接启动器，另外，也可以避免电动机自启动时，单片机检测电流，造成误判断，认为着重介绍一相的处理过程。募拇嫫鰽和斜鍭转换结果的高字节和低字节共位，具体处理哪相电流由模拟多路选择器的寄存器虯来进行选择。单片机诓孔源籄转换器，所以无需扩展疍芯片。若要正常工作，必须对其进行初始化设置，对相应的寄存器位设置，包括工作方式、转换方式、参考电压等等。本系统设置工作在单端方式，根据表寄存器位进行设置【】，负输入通道寄存器馟为负输入，单端工作方式，即引脚的输入，对拇嫫鞣直鸶持簿褪茿、三相电动机电流经过换后得到的模拟电压信号。此外，还要设置的转换时间，数据对齐方式，为的转换时骸猄狶表示斜娴位数值，为系统的时钟。可以设置为内部时钟或者外部时钟。位瓵蠖云胙裎弧柚表示篈中的，写操作忽略。因此，设置硎続转换时钟为，选用系统内部默认时钟为。数据为右对齐。设置的电压基准控制寄存器硎狙肰为基准电压，内部温度传感器关闭，内部偏压发生器工作褂肁时该位必须为“，表为该综上初始化转换程序赋值如下剐巾唬疉转换时间为，系统时钟默认，数据右对齐下面以一相电流为例，详细说明电流值的获取和转换过程，抽油机在工作时存在上下冲程，电动机的电流虽然一直为正弦交流电，但不可能一直维持不变，其幅值在不断的变化，但是在上下冲程过程中存在两个峰值和一个谷值，这三个值就是所要得到的重要数值，通过两个峰值可以计算抽油机的平衡比。而这些值的获取都是通过单片机的；开启内部偏压和电压基准；通过以上程序，单片机得到的是两个字节的数字数值，还得把它转变成实际的十进把电流数字数值转换成十进制数值必须经过公式计算，即将数字数值转换成十进制东北林业大学硕士学位论文数值除以电流转换系数。电流转换系数的获得有两种方式，一种是固定值，这个固定值是根据互感器的变比和的转换位数计算得出来的；另一种是由系数调节键设定的，这个值不知道具体是多少，但是在设计时，可以把整数确定下来，小数部分是由系存成压缩氲母袷剑缌魇狄匝顾魾的格式发送或存储。开始获取或读取电流频率值芝存小数点位置露瘢翮转换后数据的处理程序流程图在模式通讯过程中，经过单片机处理后的部分主要电流数据和接收过来的压总线，对芟叩男酒僮魇保阃骋坏牟僮魇毙颍总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，图为数据传送的时序图。撼稳定传送时，先传送最高位恳桓霰淮偷淖纸诤竺娑急匦敫嬉晃挥鹞即一帧共有。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接芯片内部任一地址读写程序的编写要参照时序图，在数据的读写操作中，必须严格按照时序图进行操作，否则读写的数据就会产生错误，或者无法操作。在软件设计中首先定义囊帕樱琍连接连接琒是东北林业大学硕士学位论文无线收发芯片简介是单片射频收发芯片，是挪威公司于年月推出的一款工器、调制器等功能模块，并融合了增强型技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置，数据传输率最快可达痵，并且具有自动应答和自动再发射功能。还支持多点间通信，比蓝牙具有更高的传输速度，价格比蓝牙产品更便采用椒杓浦恍枭倭客馕憧勺槌缮淦凳辗缏贰。芯片能耗非常低，它率工作模式舻缒胶涂障心使节能设计更方便。所以是目前在体积、功耗、外围元件、成本等方面都非常理想的射频系统级芯片。还有如下主要晶振要求、低成本电感和双面濉肫渌鹡盗猩淦灯骷嗉嫒荨引脚庾啊疚稹姆庾凹耙排帕腥缤所示。圆圈圆圆圃啪为功率放大器供电，输出为涌谂渲胣墓鞑问辉诜浠蚪邮漳较碌鶶接口发送或接收包括三个中断源、和甊彼潜恢酶呤盜不与的硬件连接时，说明数据接收、发送成功或者自动重发次数超限。本系统主要通过实现近距离的数据传输，当巡检工人进行现场数据采集时，利用便携式记录仪通过无线收发模块，将数据接收到记录仪中，实现数据的显示、分析和存储等功能。通过记录仪上的键盘设定油井的周期，选择测试数据的类别，选择井号等功能。的工作模式、通道个数、发送和接收数据包的格式等，都是通据程序，接收数据程序等。首先是的初始化程序，单片机上电后要对自身和外围器件进行初始化操簅瓿闪硕杂雗拥牡个端口的输入输出方式的设置为推挽方式和漏极开路输出是有区别的，推挽方式驱动能力大，一般用于输出；漏极开路方式既可以设为输入也可以设为输出，若判断输入高电平是需要加上拉电阻。本系统中腜做为的时钟输入端，所以设置该引脚为推挽方式，同理V骰涑龃踊淙攵耍琍控制的使能端，均设置为推效，不需要判断输入高电平，所以设置为漏极丌路方式。无线收发芯片的初始化主要使其处于待机模式、埂初始化，程序如下芯片使能输出字节的最高位给移动下一位到最高位获取当前位的值，；存程序，下面仅列出写寄存器程序和写缓存程序。；5停市韘传输选择的寄存器向该寄存器写一个值湮8撸筍传输返回的寄存器状态信息，；5停市鞸传输；选择要写的寄存器，并且读回该寄存器状态信息；向缓冲寄存器写一定字节的数据湮8撸筍传输唬祷豱剐的寄存器状态信息根据表的指令设置，可以把单片机对操作的指令进行定义，定义的程读寄存器指令写寄存器指令，读寄存器有效数据指令写寄存器有效数据指令寄存器指令寄存器指令通过以上的定义，在程序书写过程中，就可以用前面的指令名称代替后面的代码了，有效的提高了程序的可读性。对于的各种寄存器也是以二进制代码的形式表示出来的，例如地址为址允许存器地址等等。为了编程时方便、快捷，把这些寄存器的地址也进行了定义。本系统只对其中几个寄存器进行了重新配置，其他设置均采用默认值，如通信速率痵，输出功率等，需要配置的部分寄存器的地址定义如下舨中断、模式等寄存器地址自动应答寄存器地址允许接收地址寄存器地址隝寸频通道寄存器地址托发送地址寄存器地址表示对自动应答寄存器进行写操作，允许数；甔琓琓；，；电流检测系统的采集精度下面计算出电流检测系统的精度等级，互感器的线性度小于，若互感器的输出鶤哪獾缪刮，单片机的将东北林业大学硕士学位论文，这个转换过程不可能达到精确转换，单片机根据这个数字数值换算出十进制数值，纸诘坏雀闶梢员位十进制有效数字，所以这个十进制数本章小结本章详细介绍了抽油机的工作原理，抽油机电流在采油过程中的重要性；介绍了三相电流的采集方法、转换的原理、发送方式设计了一套完整的电流互感器输出信号处理电路，该电路实现了交流电流信号的整流、滤波、电流信号变电压信号的过程。阐明了电流检测系统的硬件设计原理和软件设计思路，并给出了部分软件的程序流程图和部分软件代码；详细阐述了无线收发模块芯片的操作原理，利用软件实现对其控制的基本方法。压力。油压的作用抽油机压力信号采集的原理设有一根圆截面的金属丝，其电阻值可用下式表示为【】东北林业大学硕士学位论文式中，电阻丝长度当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可以很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化遣饬康缱枇蕉说牡缪，即可获得应变金属丝的应变情况【捌一凰埽塑篖电阻丝的轴向应变，当电阻丝沿轴向伸长时，沿径向则缩小。二者之间关系为电阻丝材料的泊松比警郎警数，它表示单位应交所引起的电阻丝电阻的相对变化。狄话阍洌籏值言，前一项为主，而对半导体材料，则是以后一项为主，对大多数电阻丝而言，石为挠淦杂诟植啵痗饬坑痗，则其应变为占豪羖唬淦缱柙隽緼篕积，要”东北林业大学硕士学位论文当电桥平衡时，墒可得当电阻应变片有浠保汕蟮玫缜诺氖涑龅缪筓跚与之间的关系为桥灵敏度最高。由笔釜保琄为最大，可得协掰一。唬琹一孤抽油机压力信号的转换据换算程序、数据发送程序、键盘扫描程序等。图为软件系统的主程序流程图，在主程序设计时首先定义四个数组，用来储存与疍转换相关的数据，它们分别为、，东北林业大学硕士学位论文表示发送数据缓存数据区、零点压力值存储区、标定点压力值存储区和字符转换存储，并不依赖于系统时钟。绯龌崾瓜低城恐平敫次蛔刺栽诔绦蛑葱幸欢问奔浜螅杞玏重新态时，可利用看门狗超时复位使程序得以重新运行，对看门狗的重载往往是在定时中断中完成的。掣刨上实际压力值转换成字符串保存零点、标定压力频率值杉绯厝萘渴輑力、标定压力频率数值。硬衾苫狐否一是工否厶饬垦沽德适礗爱鑫；朱否止看门狗，采用的软件代码如下恢复所有中断初始化程序主要包括对某跏蓟柚谩的初始模块端口配置软件系统包括对内部娲鞯亩列床僮鳎饫锝隽谐龆阅诓縁存储；关键码，关键码为，。写关键码的操作时序并不重要，但必须按正确的顺东北林业大学硕士学位论文软件还包括疍转换子程序，主要完成压力信号的模拟到数字的转换，程序流程图位被置位来使能。软件还须设定调制器的时钟蛭5髦破魇敝泳龆采样电容的开关受翌坐，系统时钟采用默认值为，故，接近最佳值。重新设置增益校准寄存器清除转换结束中断标志使能单次转换设置调制器时钟分频系数清除转换结束中断标志丽保存增益校准校准寄存器数值图单次转换程序流程图抽取比也是一个非常重要的参数，它决定了用多少个调制器采样值生成一个输出字。而涑鲎值乃俾嗜吹扔诘髦破鞑裳俾视氤槿”认喑拇嫫鰽和械腄位决定瞬鞯某槿”龋槿”鹊扔贗。抽取比；涑鲎炙俾面西西面亓鍸。抽取比设置越高产生的噪声就会越低，但是需要的转换周期就较长。如果使用快速滤波鉴于电流检测系统已经选用线性度比较好的电流互感器，为了与其区别，压力检测系统不再选取成品的线性度较好的压力变送器，而是存储两个两个点的压力值做为计算本章小结本章阐明了抽油机压力信号采集的重要性；研究了电阻应变片的应变效应，单臂电桥电路的输出电压与桥臂电阻变化的数学关系式；设计了单片机压力检测系统的硬件电数据，通过键盘进行存储。记录仪开机待机状态显示一幅图形，显示当前的时间，包括年、月、星期、日、时、分、秒，还显示当前电池的容量。键盘是仪表非常重要的组成部分，记录仪键盘部分包括功能键区、方向键区、设置键、帮助键、上传通讯键、电源开关键等。功能键区主要完成仪表各种功能的选择，例如，测试、查询、存储等等；方向键区主要实现显示器显示条款的上、下、左、右的选择；设置键主要完成日期、时间、井号、井别的设置；帮助键设置联系方式，以便有问题方便联系；上传通讯键主要完成与上位机的数据能电源开关键完成仪表的开机、关机功能，并有指示灯的亮、灭，表示电源开关键的状态。刮毗删爿键盘电路图便携式记录仪硬件框图接收记录仪的微处理器系统控制器内核速度可达，可以满足实际需求对控制器速度的要求。其内核及指令系统调试，为编程带来了很多便利，大大节省了软件开发周期【送釩还内含真正的位、最大通道蚉以及模拟多路开关；具有可同时使用的硬件和两个串行接口；内部具有可编程振荡器，设定范围；供电电压，具有多种节电休眠和停机方式。表东北林业大学硕士学位论文软件是系统的灵魂，如果没有软件的支持，硬件根本无法完成相应的实际功能，记录仪的软件系统由主程序和若干个子程序构成，主程序调用各个子程序完成预定的功图便携式记录仪主程序流程图看门狗定时器复位。系统中用到定时器与计数器，为了能够准确地划分成时钟频率，与靡觳浇邮掌鳎推量常见的波特率相关，虽然单片机内部具有时钟，还是的外部晶振时钟。单片机初始化这里不再介绍，与前面电流、压力检测系统中的单片机初始化类似；液晶的初始化是对其驱动芯片初始化，主要包括扫描方向、显示区域、显示频率、电压控制等等。在待机状态下，程序一直扫描键盘，当用户按相应的按键后，程序调用对应的按键子程序，完成特定的功能，而进入特定功能后，若用户还对键盘操作，则还可实现其他的功能，显示子程序和键盘子程序相对较复杂，在后面的内容中将详细介绍。电源是硬件电路正常运行不可缺少的部分，它为电路提供能量，所有的元器件、芯片都是在电源支配下工作的。单片机系统的电源一般有两种获取方式，一种是从的交流电获取，另一种是使用可充电的锂电池。第一种方式通常要经过变压、整流、滤波、稳压几个过程，变为适合单片机系统的直流电，所有的充电器都是这个原理；第二种方式锂电池，这种电池是可以反复利用的，可以用充电器进行充电，目前所有的便携式电子设备中，都是用锂电池做为电源的。针对系统的特点，本文采用了锂电池供电，开始设置增益和转换周期主晤翻图记录仪电池容量检测程序流程图东北林业大学硕士学位论文接从得到的；而电池容量数值是个十进制数，是电池显示子程序中的参数，它是电压已经不能使系统正常工作了，但实际电源电压并不一定是。电流、压力检测系统电池容量的显示过程和记录仪系统类似，但电池容量数值的获取方式并不相同，电流、压力检测系统电池容量数据的获取也是通过各自得到的，然后利用把数据传送到记录系统中，记录仪系统接收到数据包后，分解出电池容量数据，计算出电池容量数值，调用相应的显示子程序，完成了两个检测系统电池容量的显示。液晶显示器的硬件与软件系统液晶显示器为引脚芯片，这些引脚中，主要对少部分引脚操作，其他引脚不用考虑，只要按照芯片应用介绍，把外围电路连接好就行了。这些少数的引液晶显示器相关的子程序很多，最基本的两个子程序是写指令程序和写数据程序，这两个程序是对液晶操作最直接的子程序，其他所有与显示有关的子程序写命令的程序流程图，写数据的过程类南丽，、一图写命令程序流程图行不同的数据操作，可以得到不同的结果。显示英文操作相对较容易，由于英文字母种首先了解一下允竞鹤值脑恚琇显示汉字是采用点阵的形式，假如显示一个汉字“数，它要显示在行、列都是的方格组成的阵列当中，每一个小方格代表东北林业大学硕士学位论文行或一列，可形成一组完整的数据序列，共个字节，这组完整的数据便称为字模数据，简称字模。所以显示一个汉字，必须首先得到这个汉字的字模，可以采用字模提取软件，目前这种软件很多，在使用时要注意设置点阵的大小、取模方式、存取格式等等。用的液晶显示器屏幕的尺寸、驱动芯片、汉字的大小等会各不相同，本系统采用液晶的点阵为淝酒琒的点阵汉字程序如下，瑃；瑈；籬；昏，；，调用写指令子程序嘶蛃托词葑映绦騱完成此项设为需要显示汉字的列地址和页地址，为需要显示汉字的字模数据，在调用该函数时，具体数值均完两个字节后，第一列扫描结束，由于是个寄存器行，故还应该执行两次设定白色的程序记录仪键盘的硬件与软件系统键盘是计算机系统中最常用的输入设备，对于一些需要人工干预的单片机应用系统，键盘成为人一机交互的必要手段，通过键盘操作可以完成系统功能的选择、参数的设定、数据的保存和上传等等。键盘由以某种阵列方式排列的一组按压式按键开关组成，当操作者按下某个按键时，单片机要执行对应的一种特定操作。键盘按键的数量视键盘的按键都是以其状态来设置控制功能或输入数据的。当某个键按下时，单片机应用系统应完成对按键的识别及完成相应的功能。键盘通过接口电路与单片机相连，单片机可以通过查询或中断方式知道是否有按键操作，并检查是哪一个按键按下，将该键号送入单片机寄存器中，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完毕后再返回主程序。理程序中，首先确定是否有键按下，如果有键按下，再识别是哪个键被按下，通常采用东北林业大学硕士学位论文入“检测”菜单界面后，可以按键实现“油压疤籽、“电流氨锉四个参数的检测，键起到“返回淖饔茫籹四个按键是方向键，分别实现上、下、左、右四个方向的移动，在待机状态下，这四个按键是不起作用的；键是“确定”键，当选定需要的菜单或选项后，按键完成确定；巴顺键，完成日历时钟设置的作用，在初次使用记录仪时，还可利用此键完成井号的设置；键为“上传通讯庇隤蠻数据数据通讯时，按此键完成数据的上传；值调用相应的子程序。口其他引脚设置为漏极开路方式。下面介绍一下矩阵式键盘按键的扫描方法，矩阵式键盘为两列六行，给出列值“，依次返回行值，若行值为“表示该行和该列的交叉按键按下，若返回值为“则表示没有键按下。具体方法对口的玃赋值“唬缓蠖訮赋值“病赋值“，接着取回口的数据，依次判断玃的状态，为“男斜硎綪这列与该行交叉的按键按下，若都为“表示没有键按下，同理扫描饬小纾粢E卸螾引脚状态，采用表达式为软件延时去抖程序，判断是否的确有键按下，若语句为真，返回相应按键的键值；独立式键盘的扫描方法和矩阵式键盘类似，不给列值，直接查询键盘连接的相应引脚即可。日历芯片胛尴吣镻的扩展总线接口，是一个具有极低功耗的多功能时钟日历芯片，它的功能很多，例如报警功能、定时器功能、时钟输出功能、中断输出功能、还能够为单片机提供看门狗功能。哪诓烤哂姓竦吹缏贰敝拥缏贰偷缪辜觳獾缏罚渫斗绞轿A较咧苅总线，这些特点使其外围电路简洁，增加了芯片的可靠性，同时每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量【删。因而该芯片广泛应用于电表、水表、气表、电话、传真机、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等领域。工作电压范围次坏缪棺钚滴；一四种报警功能和定时功能；东北林业大学硕士学位论文记录仪系统显示当前的日期与时间，即显示年、月、星期、日、时、分、秒，因此扩展了日历时钟芯片，在这里选用了功能强大的眯酒挥个引脚，采用选择，由晶振电路给实时时钟芯片提供时钟信号，晶振的质量是否可靠会影响实芯片的时间达到设定的时间时，该引脚输出低电平信号，表明已经达到定时时间。分别为数据端和时钟端，都要加上两个上拉电阻。是时钟输出引脚，从该引脚可以输出不同频率的时钟信号。P酒缫牛捎赗芯片应电正常，这样才能从卸脸鍪凳钡氖奔湫畔虼耍A吮的供电正常，配备了一个独立的电源，也就是纽扣电池，在失去了外部电源的情况下，纽扣电池了保证纽扣电池不对其他电路供电，采用了限制供电方向，否则纽扣电池将在很短的时间内耗掉电量。馕缏芳坝隒的接口原理图等；在时间显示这期间扫描键盘，判断是否有键按下，如果有键按下，调用对应的子程序，完成相应的功能。如初次使用记录仪系统时要对时间设置；纽扣电池没电后，更换纽扣电池要对时间进行面丽发开始信号童写入数据首地址到应答位写入数据首地址发开始信号应答位写入器件地轑鲋发非应答位发停止信号图读模式程序流程图图写模式程序流程图范围，要做相应的变量调整，分别赋值秒和年的变量值。东北林业大学硕士学位论文主定义时钟调整项岁面藏葡话翮陌翮显示“日历时钟设置”显示信号标志丽历面赢丽调整项变量舷拗礗皇显示。匝亟圈医面荔丽鸯孙显示电池容量贑系统中的应用记录仪系统通过无线收发模块进行近距离的数据传输，的应用以前章节中已经做了详细介绍，因此本章不再阐述。但为了增加系统的可利用度，扩口，程序稍有增加即可。是真正的单片辗酒韭痢俊；谝陨咸匦裕琍模块具有很强的抗干扰能力，发射功率最大可达德饰榷院茫捎肞频率合成技术，工作电压个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合，它采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，模块采用标准偶渚啵顾屎锨度胧缴璞】。隒的接口电路如图所示，囊庞个，这些橛突鷠乜流和压力接收系统盟至，二图隒的接口电路其软件系统进行编写，若确实用到该芯片，要对系统程序稍做修改，这里不再详细阐述。锹家窍低砋电路介绍记录仪系统选用的酒悄暇吆愎旧腢总线转接芯片同步串行接口。两线串的主要引脚包括蚐弓牛琒用于单向输出同步时钟，开漏输出东北林业人学硕学位论义议以及碳喑獭，便可以灵活的应用。记录仪系统酒珻挠布缏啡缤所示，该芯片共个引脚，但是只需对其中很少几个引脚进行连接，其他的引脚都悬空。虶是电源源输入端，需要外接的电源退耦电容。和是晶振的输入端和输出端，图需要接入木竦缏贰捎诘缭囱孕柰饨尤萘课退耦电容号线与樱琒为数据线与樱币灿胧荽娲鰽的输出端，低电平有效；电路中分别在这两个引脚连接了绿色和红色发光二极管，利用发光二极管的状态来判断的工作状态；当没有进行洗菔保珹脚为高电平，为低电平，则红色发光二极管亮，绿色发光二极管不亮；需要进行洗菔保榭稣孟喾矗珹脚为低电平，为高电平，红色发光二极管不亮，绿色发光二极管亮。的电源。若该芯片还有其它供电方式提供常备电源，贝也应该使用该常备电源，如果需要同时使用芟叩牡缭矗敲淳涂梢酝柚翟嘉猯牡缱枇覷总一般情况下，复位后将自动通过蚐爬床榭赐獠颗渲眯酒主疢并口及同步串口，而忽略蚐这两个引脚的配置。锹家怯隤鶸通讯软件的编写通讯界面，程序流程图如图。“，该程序可以从网站下载，驱动程序安装完成后，插上数据转存且驱动安装完成”，则转存器就可以使用了。在计算机僮飨低诚拢珻的动态链接库械腁函数和并口驱输腹芾鞟、中断处理龋旅娼鼋樯芤桓龀玫腁函数。该函数用于处理两线串口的数据流痢，适用于所有两线串口的东北林业大学硕士学位论文细的给出了记录仪系统的硬件电路原理图，软件系统主程序流程图，液晶显示器的操作尴呤辗榈睦梗蛔詈螅虻樯芰思锹家窍低惩齍转接芯片上传数据到机的原理。是一种基于低车奈尴叻肿榻换患际酰峁说蕉说摹阌虻奈尴逷连接，它是在现有缙教铣性氐囊恢忠贫菀滴瘢珿伤凳荊的延续。与以往连续频道的传输方式不同，它是以封包式来传输的，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。的下面了解一下与有关的几个专业术语。一种为，另一种为。要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端和之间完成移动分组数据的发送和接收。篏刂纸诘悖虺仆谿。主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如、蚅的工作原理在正常工作时，通过路由管理建立数据连接和寻址，而的路由管理表第一个方面，若移动终端能够产生一个分组数据单元蛘飧鯬要经过油览到岷层处理，称为数据单元。接着经过逻辑链路控制愦砦狶帧，偻罩薪涌谒偷紾网络中的，把数据送到。然后把收到的数据进行解装处理，转换成能够在公用数据网中传送的数据格式，最终用户通过公用数据网得到信息。为了保证数据传输的安全性，并提高传输效率，还可以对空中接口中的数据做加密和压缩处理。东北林业大学硕士学位论文议建立和数据网之间的路由。而数据单元被数据网用户发出后，通过建立好的路由把数据单元透鳪幼臛侔裀送给移动终端所在的上，裀封装成数据单元，进而经过愦砦狶帧单元，最后移动第三个方面，一个正在漫游的移动用户接收一个数据网用户传送的数据。这种情况下到移动用户要想得到数据必须经过归属地的传送才能完成【泓蚓。换”、“快捷登录鞍戳考品岩弧咚俅的优点【了丌。也不用重新拨号才能上网。能登录互联网，比固定拨号方式要快很多。戳考品裻用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时，用户即使挂在网上，也是不收费的。咚俅洌篏荽渌俾史浅欤罡呃砺壑的艽痵，但受到编码的限制和手机终端的限制，实际速度可能会有所不同。的应用范围将越来越广，主要有以下几种模块的选择与应用简介在通常情况下，电流采集系统接收到压力采集系统发出的信号后，要通过把电流数据和压力数据发送到监控中心，要完成此项功能必须依靠模块和且很繁琐。为了减少电流采集系统的资源、增加系统的灵活性、实用性，采用了内嵌户只需要通过指令来完成相应参数的设置，从而实现网络的互联互通，而且的价格与不带协议的普通模块相差不大【】。的接口电路图电流检测系统与设备的接口电路压力数值的发送和接收都是通过无线收发芯片完成的，若油田的巡井工东北林业大学硕士学位论文作人员携带便携式记录仪进行现场数据采集，则可以分别通过电流检测系统和压力检测系统的按键进行选择，切换至现场模式，考虑到安全问题，个别油井也可以现场安装电流、压力检测系统，采集完数据后，拆卸两个检测系统，避免了被偷、被盗现象的发生。模块与外界的通信通过虶网络实现，所以模块都具有慕涌凇源耍琒橹和街諷卡接口协议，并能指令，以便系统运行过程中对刺屑觳饩赏俊赟卡和模块进行连接时注意要在卡和模块之间的数据线上加限流电阻，以满足两者之间的阻抗匹配。隨榈牧邮峭宥园辶悠魍瓿傻摹壳埃臃绞接针线、电源线、复位线、敝雍妥刺撸琒卡的供电电压为两种，遮濉浚琒卡接口电路如图所示。指令及上网过程指令介绍是英文单词的缩写，美国臼紫韧瞥鯝指令集，其专门用琓向数据电路终端设备，过指令进行短信、呼叫、数据业务、电话本、传真等方面的控制。指令的格式是以作首，字符结束的字符串惭】。每个指令执行是否成功都有相应的返回，一些其他荷柚弥斩死啾穑柚玫鼻袄啾鹞狟类，即同时监控多种业务悍褪荩诔鱿值摹刀提示符后，输入需要发送的内容，并以作为文件结束标志，返回表明发送成功。模块的操作一般通过串口调试软件或超级终端进行控制，在界面窗口输入指令，然后按回车键完成指令的录入，既方便又快捷，返回信息也在界面窗口显示，只要熟悉指令，能够很容易学会对的控制。但是对于单片机系统来说，通常工作在无人控制的场合，要求自动完成数据的发送，也不会有人进行键盘操作，这样要求单片机在无人参与的情况下，自动的完成收发功能，并能够正确的判断返回值。符、指令结束符、数据包等构成的，这样单片机发送命令就是将其对应字符的实现网络数据传输东北林业大学硕上学位论文把通信内容分成几组类型的数据帧。监控中心软件发送三种格式的信息到控制器系统分别是读信息、写信息和握手信息。相应的控制器系统也回应三种格式的信息，分别是回应正确信息、回应数据信息和回应出错信息。利用协议进行通信，上位机后，在远程数据通信中，下位机定时或实时接收上位机的请求数据，同时下位机通信程序还要处理接收的数据，然后存储到相应的地址空间，同时调用通信处理程序。只有模块附着在网络上，用户才能使用网络的数据业务，对话的前提是建立【安睢峁擞糜赥传输的命令。是自动接收数据，然后通过串口送出，为了区分返回的是远端服务器发送的命令还是指令的响应，采用命令对接收的数据加标识。表数据传输步骤电流检测系统在初始化完成后，判断发送方式，若为发送模式，则软件进入发送程序。模块首先要附着在网上，附着成功后启动定时器工作，定时器可以采用哪诓慷保剖鳎部梢云舳凳笔敝有酒琍的定时功能，完成外部定时，减少单片机的工作。定时时间到后，采集三相电流数据并判断抽油机的运行状态，若屯流数值异常，则停止电动机的工作，避免抽油机故障运行造成破坏范围的扩大；若抽油机的电流正常，则接收压力检测系统发送的压力值，成功接收后把电流、压力数据打包发送，判断发送是否成功，若没有成功继续发送，直至发送成功为止。数据包发送成功后，查询定时时间，重复这一过程