大电流检测仪材料

1、抽油机电流检测仪在总体设计上可分为两大部分：硬件系统和软件系统。1、 硬件系统设计 抽油机电流检测仪器检测仪硬件系统主要包括仿真器、传感器、信号处理电路、单片机机输入、输出设备、键盘、显示器等部分。它是采用目前流行的单片机Mcs-51、外培存储器、输入输出（I/O）接口、模数（A/D）转换器、微型热敏打印机、数码显示器、掉电自动保护系统等。整个仪器在单片机的控制下完成数据采集、数据转换、采集数据向上微机传输等工作。同时配备了键盘供用户置入时间和井号等数据。传感器数据采集8031 CPU CPU数据显示曲线打印 图1-1 工作原理为,通过键盘向检测仪输入日期、井号编码、选择工作状态等信息，键盘操

2、作的同时，显示器显示所选择内容的提示，当按下“开始”键后，电流才积极处理子系统开始动作。从互感器测得的抽油机电流信号，经信号处理电路转换为05伏直流电压量，在进入模数转换器，然后经缓存、储存后进入CPU。采集时间的长短，据实际需要通过按键调整，以保证一个冲程的完整和曲线的美观。2、软件系统设计 本设计的软件主要包括两部分。一部分用于完成数据采集、处理、键盘和显示器控制、波特率自动跟踪设置和通讯等任务，另一部分是对热敏打印机的控制程序。 在程序设计中，考虑到时序问题，将采集速度调整部分和采集处理程序用中断服务功能实现。速度调整分多级速度可调，由于用户通过按键选择。采集处理程序中软件滤波采用算术平

3、均的方法实现。在与PC机通讯程序设计时，主要实现了波特率自动跟踪技术，以实现与不同档次的微机通信。程序总体组成如下图： 系统初始化模块控制键盘扫描模块数据采集级处理数据及曲线打印与PC机通讯模块采集速度调整主控程序 图 1-2电流检测仪数据采集及处理电流检测仪数据及处理硬件是本仪器硬件系统的核心部分，其主要用来完成抽油机井电流的采集、转换、数据处理、显示等功能。它包括仿真器、传感器、模数转换器、并行接口芯片、存储器、锁存器、触发器、各种门电路、键盘、显示器等部分，下面将分别介绍其主要部分。2.1传感器和数模转换器1、传感器 传感器是由感应线圈和引线组成的，它是采用电流互感器的工作原理将被测的抽

4、油机电流耦合到感应线圈中，然后通过引线输送给信号处理电路再加以整流滤波来实现的。使用时将其钳在被测电缆上，把被测导线卡在开线槽中，当被测导线上流过抽油机的电流，电流将在被测导线的周围产生磁场，磁场作用于传感器的感应线圈上，会产生感应电动势，感应电动势通过引线与信号处理电路相连，这样，在引线中就有电流通过。电流进入信号处理电路，信号处理电路首先将电流信号转换成输入电压信号Vi。信号处理电路如下图： 图 2-1 输入信号Vi<0时，运放IC1输出电压VA>0,二极管D1截止，D2导通，运放IC！工作在深度负反馈的状态，此时电路相当于反比例电路相当于反比例电路，因此V1=-R3/R1。V

5、i<0，故V1>0,V1通过运放IC2得到输入电压V0,所以V0位正值。当Vi>0时，运放IC1也处于深度负反馈状态，并且VA=0.7V。运放IC2的输入端为虚地点，所以V0=0。 输入信号Vi 经过上面的处理后，即经过运放IC1的处理，在经过形滤波，酒；可以得到由IC2输出的05V的直流电压信号。也就是完成了信号处理的过程。信号处理后的直流电压信号输入到模数转换的第一路，进行模数转换。2、模数转换器抽油机井的电流瞬时变化大，而且是模拟量的形式，因而不能直接进入单片机进行处理，必须将其进行转化，抽油机电流检测仪首先将电流通过传感器的输入信号处理电路，经过信号处理电路转化为数字

6、信号。抽油机电流检测仪的模数转换器ADC0809是集成的A/D转换器。它是一个八通道多路开关，每个通道均能转换出8位数字量，它是逐次逼近型转换器，包括一个高阻斩波比较器；一个带有256个电阻分压器的树型开关网络；一个控制逻辑环节和八位逐次逼近数码寄存器，最后输出极有一个八位三态输出锁存器，其内部结构如图2-1所示。八个输入模拟量多路开关地址寄存器控制，当选中某路时，该路模拟信号进入比较器与A/D输入的参考信号比较，直至两个信号相等或达到允许误差为至，然后将对应输入的数码寄存器值送三态锁存器。当OE有效时，便可输出对应输入的八位数码。ADC0809的外部引脚如图2-2所示。其管脚介绍如下： DO

7、D7 八路数据输出端，可直接接入微机的数据的数据总线。A,B,C 多路模拟开关地址选择输入端。ALE 地址锁存输入线，该信号上升沿可降地址选择信号A.B.C锁存到地址锁存器内。START 启动转换输入线，该信号上升沿用以清除ADC内部寄存器，下降沿用以启动内部控制逻辑；使A/D转换器工作。EOC 转换完毕输出线，其上跳沿表示A/D转换完毕。OE 允许输出控制端，高电平有效。有效时能打开三态门，将八位转换后的数据送到微机的数据总线上。CLOCK 转换定时时钟脉冲输入端，它的频率决定转换器的转换速度，其频率不能高于640KHZ，对应转换速度为100s。Vref(+) , Vref(-) 是A/D转

8、换器的参考电压输入线。 Vcc 接+5伏电源GND 接地ADC0809的内部结构：图2-2 图 2-3抽油机电流检测仪中ADC0809的结构如下: 八路模拟量输入端只用一路信号处理接受模拟量，此路位IN0。八位数据输出端D0D7与8031的P0口相接，并且还与存储器的数据线相连。A.B.C多路模拟开关选择输入端与P0的P0.0、P0.1、P0.3相连。ALE，OE，START接线如图2-4。 D触发器的Q段取非后与CLOCK相接。Vref(+)和Vref(-)的结法如图2-5所示。抽油机井的电流警信号处理电路后，由ADC0809转换为8位数字信号书送给8031的CPU进行数据处理。 图2-4

9、图 2-52.2并行接口芯片（8255） 8255是一种可编程的并行接口芯片，8255有24条I/O引脚，分成A,B两组，每条12条，允许分别编程，工作方式可分为0，1，2三种。在抽油机电流检测仪中，数据显示及键盘都接在8255的I/O引脚上。PA口中用PA6PA0来驱动LED显示器，PB口中用PB5PB0来选择每一位LED显示器，PA口和PB口中剩下的引脚多用作指示功能。PC口作用于键盘接口，PC7用于读取键盘状态，PC6PC0用于兑12间的键盘接口，PC3PC0用于行，PC6PC4用于列，共读取12个间的状态。3.2存储器抽油机电流检测仪在8051外部扩展了程序存储器27256和数据存储器

10、62256式程序存储器和数据存储器的地址空间都达到了32K。3.3 I/O端口 在抽油机电流检测仪中，四个I/O端口分别为：P0口与P2口一起组成16位地址总线选通62256和27256的地址，以及ADC0809的地址。P0口还用为数据总线口。P1口用于连接打印机的驱动接口，P3口用作第二功能。3.5 串行接口 抽油机电流检测仪用MC1488和MC1489来完成抽油机井与单片机之间的电瓶转换工作，从而能够进行数据通信。3.6 中断系统抽油机电流检测仪中T0,T1中断都接在外部打印机的接口电路中，来完成打印机控制，INT1接模数转换器转换结束标志EOC上，完成模数转换完成服务功能。INT0接“启

11、动”键，用来启动检测仪开始数据采集。串行口中断用于控制与上位机通信。软件介绍及调试过程简介有了硬件系统仍不能完成预期的目的，还需要软件的支配，才能达到所要求的结果，抽油机电流检测仪要完成抽油机井电流的监测和显示，因此程序首先要完成数据的采集任务，也即采样。然后对采集进行处理、存储、显示。测量过程中模拟量通过传感器和信号处理电路转换成05V的支流电压信号输入模数转换器，转换为数字量后输入弹片级处理。为此程序设计中分为主程序，中断服务程序，子程序三大块来完成抽油机井的监测和显示。4.3 主程序框图 抽油机电流检测仪的主程序用以完成整个系统的初始化，数据采集和处理，可通过键盘输入编码、测量时间等操作

12、。俄中功能模块操作框图下：功能1 为选择存储区功能，按键1进入功能状态，在功能命令状态下，等待输入及进入功能区，高三位灭，低三位显示“A-”,输入#字键显示默认存储区。按“*”字键返回到系统待命状态。其程序流程图如下：功能2 为用于输入井号的功能。按键2 进入功能区，在此功能状态下，显示“-A”,输入井号，最多不超过6个数，判有没有#字键按下，有就返回，没有则继续。其程序框图如下:功能3 为用于输入时间的功能。按键3进入功能区，在此功能状态下，显示“-B”,输入时间，最多不超过6个数，判有没有#字键按下，有就返回，没有则继续。其程序框图如上图。功能4 为 用于模数转换。按键4进入功能区，在此功

13、能状态下，显示“-C”, 对定时器中断和外中断1初始化，开定时中断，等待中断的到来，没来之前一直显示“-C”，此功能主要是为0809的启动开辟一个平台，为中断子程序的初始化。中断部分及子程序 中断部分抽油机电流检测仪共用了定时器0，INTO,INT1三个中断子程序分别来完成数据采集处理定时，系统启动，模数转换器完成魔术转换服务。数据采集以中断方式进行。抽油机电流检测仪中的模数转换器ADC0809的转换信号EOC经反相器接到8051的外中断INT1上。当模数转换结束时，EOC变为高电平，经反相器后为低电平，向8051申请中断，8051响应后，既可读出模数转换器的结果数据。硬件ADC0809的地址

14、为C000H，在数据采样过程中只用了ADC0809的第一路模拟通道IN0来转换数据。数据转换完成后，进行标度转换，标度转换也即工程量转换。由于生产现场的各种参数都有不同的量纲和数值，这些经模数转换后，统一变为二进制量，这些数码虽然代表参数值的大小，但是并不表示有量纲的数值才能进行现实和打印。这种变换成为标度转换或工程量转换。1、标度转换现行标度转换是最常用的转换方式。其公式为：Ax=A0+(Am-A0)*(NX-N0)/(Nm-N0)式中： A0 仪表下限 Am 仪表上限 Ax 实际测量值 N0 仪表下限对应数字量 Nm 仪表上限对应数字量 Nx 经数字滤波后确定的采样值通常，在参数两成的起点

15、，模数转换器输出值为0，因此上述的标度转换变换公式可简化为： Ax=A0+(Am-A0)*NX/Nm对于抽油机电流检测仪来说，测量电流量程为0170A,采用8位ADC0809模数转换器，因而：A0=0, Am=170, N0=0, Nm=255 采样值为Nx,其标度转换公式为： Ax=Nx*170/255 将这一算式编成程序就是抽油机电流检测仪标度变换部分，将模数转换器转换后经数字滤波处理后的Nx值带入，既可算出抽油机井电流的真实值。2、外部中断子程序 为了能使中断处理完后正确返回到被中断的源程序的断点处继续往下执行，必须将断点处的现场压进堆栈保护。待执行完中断处理程序，恢复现场，返回断点继续

16、执行原程序。这一过程，保证了原程序执行的连续性。称为中断的现场保护和恢复。此程序是0809数模转换的转换完成的中断子程序，它有定时中断控制开启转换，外中断到来时说明转换完成，抽油机电流仪在模数转换器转换1个数据后，向8051申请中断。执行10次中断为一周期，即得到10个数据。接下来进行的是将数据输入到指定的存储区，其原理图如后面图5-2。5.2子程序抽油机电流检测仪的子程序部分，其包括键盘扫描，数据显示，数值运算和延时，键盘扫描可完成键盘上12个键的扫描控制，数据显示用于被测数据显示与操作功能提示并且还能显示数据输入数据。数值运算可以完成内部数据存储区的数据运算。延时用来延长一段时间。1、键盘

17、扫描子程序键盘扫描时有8255的PC口控制的，键盘采用行列矩阵式，对间的识别是逐次进行扫描查询的。键盘处理子程序就用来完成此功能，键盘扫描的工作原理是：1 首先判断键盘上有无键按下，方法为判别PC口状态，PC口全为高电平，则无键按下，否则有键按下。2 取除键的机械抖动影响，通过调用延时子程序延时一段时间后在判断键盘的状态，若PC口高四位仍有低电平，则说明有键按下，否则按键的抖动处理。3 判断闭合键号，在对键盘的列显扫描时，PC3,PC2,PC1,PC0以次输出为： PC3 PC2 PC1 PC 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1相应地顺序读入PC口高四位，也就是在PC口的低四位输出一个扫描字，紧接着读PC口高四位状态。若PC7PC