2.1 压力传感器的选取
压力的测量一直以来受到压力传感器技术的制约,其测量的准确程度取决于压力传感器的技术指标,根据压力检测系统的设计要求,最后决定选用德国HeLM公司生产的HM10高精度压阻式压力传感器,此传感器采用了最坚固可靠的压力敏感元件,特别适合于野外的压力测量。 HM10主要的性能指标如下:
1)工作温度:-40~85℃
2)冲 击:100 g,11 ms
3)振 动:10 gRMS.20~2 000 Hz条件下无变化
4)压力量程:-0.1 MPa~0~10 kPa…70 MPa[page]
图2为压力采集电路的连接图,其中,P3.0、P3.1、P3.2、P3.3为单片机的I/O接口,分别与ADS1226的START、SCLK、DOUT、MUX引脚相连。其中P3.0控制着ADS1226的启动信号,当P3.0输出高电平时,ADS1226开始进行数模转换,当P3.2输入低电平时A/D转换完成,转换完的数据信号随着SCLK传输到PIC16F877单片机内。由于压力传感器HM10输出的是4~20 mA的电流信号,而ADS1226是一个电压采集芯片,在此处选用了型号为ISO-A4-P3-04的电流转电压芯片。ISO-A4-P3-04把4~20 mA的电流信号转换成了0~5 V的电压信号。
2.3 数据存储电路设计
井下数据测量期间可能会有大量的原始数据,这些数据对油井状况的评估是一份宝贵的资料,因此测量系统在设计时要考虑数据的存储。本系统选用的是大容量Flash存储器。该器件采用三星公司的CMOS浮置门技术和与非存储结构,存储容量为64M×8位,除此之外还有2 048k×8位的空闲存储区。对528字节一页的写操作所需时间典型值是200 μs,而对16 k字节一块的擦除操作典型值也仅需2 ms。每一页中的数据读出速度也很快,平均每个字节只需50 ns,已经与一般的SRAM相当。8位I/O端口采用地址、数据和命令复用的方法。这样既可减少引脚数,还可使接口电路简洁。片内的写控制器能自动执行写操作和擦除功能,包括必要的脉冲产生,内部校验等,完全不用外部微控制器考虑,简化了器件的编程控制难度。如图3为单片机PIC16F877与Flash存储器的接口连接图。单片机的P5.0~P5.7管脚与Flash的8为I/O口相连。
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2.4 数据显示电路设计
3 软件设计
本系统软件设计主要是单片机系统软件设计。PIC16F877的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明指令的宗旨来设计的,因此单片机开发采用专门用于PIC16F877系列单片机而设计集成开发环境,编程采用C语言。PIC16F877作为主CPU。PIC16F877在系统中主要负责压力数据的采集、系统的启动、采集数据的处理、数据的显示和上位机数据的回放等。其软件的主程序流程图如图5所示。
在整个压力采集系统中,通过PIC16F877单片机来控制启动A/D转换,单片机共采集12个数据,去掉最大与最小的数据,取平均值,作为一个井口压力值。在根据相应的算法,通过进口压力值计算出测点压力和油层压力,再把这3个数据进行存储和显示。
4 结束语
本文设计的压力检测系统通过了现场实验的测试,系统稳定可靠,采集了大量的数据,通过改变测试条件验证了测得压力值的准确性,由于要长期实时监测井下压力,Flash存储器可以存储10天的数据,所以该系统连续工作10天后要对数据进行回访,并存储在计算机上,以便后续参考。井下压力检测系统是通过测量井口压力来推算井底压力的方法来实现压力测量的,这就避免了井下的复杂环境,从而减少了环境对测量的影响。同时使用液晶屏将测量数据进行实时的显示,满足了实时性测量的要求。
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