某型矿用负压力传感器软件设计Word文件下载.docx
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学号:
指导教师:
2009年6月
某型矿用负压力传感器软件设计
摘要
矿井测试技术早已广泛地应用于地下水、油、气田的开发生产上,是整个地下水、油、气田勘探与开发的一个重要组成部分。
为了搞清地下水、油、气资源,必须通过试油、试气、测温、测压工作来获取各项资料,为制定合理的开采制度和开发方案提供科学依据。
矿井下压力变化情况较为复杂,工作环境也较为恶劣,面对如此复杂的环境,传统的井下测试仪已经很难达到对井下压力快速准确的采样。
矿井下的压力测试关乎井下安全,因此必须在保证工作安全的情况下进行工作,矿用负压传感器对于维持井下生产安全有实际意义。
本课题所涉及的压力传感器可以满足井下压力测试的基本要求,采用红外线遥控调校,密封性能良好,仪器具有多种信号输出制式,通过四位LED显示输出结果,可与国内各种监测系统配套使用。
关键词:
单片机;
压力传感器;
输出信号制式;
数据采样;
红外线遥控
Acertaintypeofpressuresensorusedintheminesoftwaredesign
Abstract
Minetestingtechnologyhasbeenwidelyusedinundergroundwater,oil,gasfielddevelopmentandproductionforalongtime.Itisanimportantcomponentontheentireundergroundwater,oil,gasexplorationanddevelopment.Inordertomakeclearthegroundwater,oil,gas,Mustpasstesting,testing,temperatureandpressureofworktoobtaininformation,forthedevelopmentofrationalexploitationofthesystemanddevelopmentprogramstoprovideascientificbasis.Thepressureunderthemineismorecomplexandtheworkingenvironmentismoreserioustoo.Inthefaceofsuchacomplexenvironment,thetraditionalundergroundtestinghasbeendifficulttoachievefastandaccuratepressureontheundergroundsampling.Thetestofpressureundermineisveryimportant.Itisnecessarytoensureworksafetyintheconductoftheworkofminingundergroundpressuresensorstomaintaintheproductionofmeaningfulsecurity.
Theissuesinvolvedinthepressuresensorcanmeetthebasicrequirementsfortesting.Itisusedofinfra-redremotetocontrolthepressuresensor,goodsealingperformance.Instrumenthasawiderangeofstandardsignaloutput,throughthefourLEDdisplayoutputresults,withtheuseofvariousmonitoringsystems.
KeyWords:
SCM;
pressuresensor;
signaloutput;
DataStorage;
infra-redremote
1绪论
1.1课题背景及发展状况
1.1.1课题背景
地下的资源储量非常丰富,石油、煤炭等都是国家工业的命脉,而获得这些资源的前提是要做好准确的井下探测工作,井下温度、压力变化复杂,传统的井下压力测试系统不能做到快速、准确的采集与分析,无法确保井下工作的安全与高效率,导致一些井下事故时有发生。
因此,摆在工程勘探人员面前的一个很现实的问题就是:
如何准确地对井下不断变化的压力进行采样与分析,评定井下工作的安全性、可操作性,如何解决井下压力的变化对井下工作造成的不便成为困扰管理者的一大难题。
随着科学技术的不断进步,单片机的广泛应用,井下探测也有了更多的思路,方法。
基于课题该需求,研制矿井下负压传感器系统,以准确、快速的数据采集,分析,让工作人员了解井下的真实情况,制定相应的方案,保证井下工作安全、有序、高效的进行。
1.1.2发展状况
压力传感器是随着传感器技术及电子电路技术的发展而不断发展和成熟起来的。
压力传感器具有体积小,重量轻,工作频带宽,灵敏度和精确度高等等特点,随着目前与其配套的后续仪器,如电荷放大器等技术的日益提高,这种传感器在声学,医学,力学,宇航等方面越来越得到广泛的应用。
国外的压力传感器已经系列化和标准化,压力的测量范围较之以前有了很大的提高,精度和稳定度越来越精确,误差在不断减小。
毫无疑问,传感器技术已经成为21世纪的核心技术,许多国家对它进行优先研究,开发和应用。
作为全球常规传感器和技术方面的领先供应商,kavlico公司推出了一系列密封型工业用压力传感器,这些传感器性能可靠,安全过压能力达到了满量程的2倍以上,能够用于具有较大过压峰值的场合。
1.2研究意义
地上的资源基本已被勘测殆尽,为了满足日益增长的人民日常生活和国家不断发展进步的需要,实现社会、经济的可持续性发展,储量丰富的地下资源的勘探与开发将富有战略的意义。
为了使管理者、工作人员更有效、安全的开展井下的工作,有必要开发研制出一种能够准确、快速采集与分析井下压力变化的电子压力测量系统。
该系统将在传统的压力测量系统的基础上,改进单片机性能,引入FLASH存储单元,高度智能化,更加便于工作人员制定工作流程和及时的对数据进行分析决策,杜绝了工作人员因无法科学、准确的掌握井下压力数据变化对工作的影响而导致一些不该有的事故发生。
这个系统可以提高井下探测工作的规范化及科学管理水平,有效地保障了井下工作的安全、有序的进行。
井下探测已与我们的生活息息相关,做好井下探测工作,对个人与国家都具有巨大的战略意义。
1.3国内外相关领域的研究情况
我国试井技术的应用始于上个世纪五十年代中期,近五十年来有了很大的发展。
玉门油田是我国最先开展试井工作的油田,上个世纪六十年代初,大庆油田的发现和开发,十分重视录取第一手资料,充分利用压力资料指导油田的开发,这一期间我国试井技术有了迅速的发展。
上个世纪八十年代以来,随着我国引进一批高精度的常规试井仪表、设备,以及电子压力测试系统、地层测试仪等先进设备,使我国的测试技术装备状况有了很大的改观,试井工作也有了巨大的发展。
试井工作领域由开发扩展到勘探,由单井测试扩展到一定控制面积内的多井测试。
随着电子压力产品的引进,促进了国产井下仪器的发展。
除了机械式压力计的性能指标不断完善提高外,振弦式、固阻式等电子压力传感器的研制经取得巨大的成功。
随着国外电子压力产品的引进,国内压力测量仪器在上个世纪九十年代初期就陆续发展起来了,其中以阿达尔,凯山等系列电子压力计为代表。
目前,国内电子压力产品水平大抵在第一、第二代之间。
而且由于国内生产的压力传感器的水平不高,高温电子器件的筛选不严格,压力计外筒材料一般等因素,决定了国产压力测量仪器的整体性能和水平偏低。
但是国产电子压力测量仪器的最大优点是价格低廉,操作软件是纯中文的,反便了用户的现场操作。
2006年4月5日,大庆油田公司测试技术服务分公司科研人员自行研制成功的水平井测试仪。
目前,该仪器已在大庆油田成功录取了两口水平井地下资料,实现了油田水平井测试零的突破。
自贡长山盐矿卤井,采用试井技术处理岩盐卤井事故。
即通过对井下浓度、温度、压力等的测试,可获取修井前卤井事故的有关参数,判断确定油套管的破裂位置,为合理地制定修治事故井提供科学的依据。
智能井技术是实现数字化油田的主要构成部分,近年来发展迅速,得到广泛关注。
据2004年统计,世界上采用智能井技术的油井已接近200口。
贝克石油工具、壳牌、威德福和斯伦贝谢等公司都投入了研发和应用。
Q-技术是斯伦贝谢西方地球物理公司经过近十年开发出的应用于海洋、陆地、海底区域的一套专利地震技术,包括Q-LANd、Q-Marine、Q-ReseRVoir和Q-Seabed等系列技术,支持陆上、海上和井下地震数据采集与现场处理。
Q-技术2001年由斯伦贝谢公司推出,通过不断更新,2004年得到全面推广应用。
该技术通过综合大量单一传感器记录的数字波形,改变了以往使用的数字检波器或A-D转换器,可以记录较以往更多道数据,获得优化的地震波场采集和处理结果。
1.4研究内容
通过四位LED显示测量的压力值,红外遥控对该压力传感器进行调校;
设计红外接受调试菜单程序;
编写单片机对频率型AD电路的采集程序,使得输出信号频率满足200-1000HZ,5-15HZ,5-155HZ,0-155HZ,5-205HZ,0-200HZ。
2硬件设计
电源电压稳压模块
2.1系统总体硬件方案
18VDC
5VDC
四位LED数码管显示
单片机
AD转换电路
信号调理电路
负压传感器
输出制式
信号调理
红外接口
图2-1系统总体硬件设计方案
2.2负压传感器工作过程简述
本仪器硬件原理的方案如图2-1所示,硬件部分主要由电源电压稳压模块,负压传感器,信号调理电路,AD转换电路,89C52单片机,数码管显示电路,红外接口电路等组成。
电源稳压模块将关联设备送来的电压稳压为5V,供给整机电路使用。
负压传感器启动后,把测量到的井下压力差转化为电压信号,并将检测到的电压信号送到信号调理电路,信号调理电路的作用,是把传感器的信号进行转换和放大,使其更适合进一步处理和传输。
将处理后的电压信号送到A/D转换电路,该A/D转换电路是由一个积分型运放配合4051多路开关共同实现的,通过单片机定时器对积分电路充放电时间的计量最终得到信号的数字值供单片机使用。
红外接口电路主要是为负压传感器的调试使用。
当需要进行调试时,使用红外接口遥控器对传感器进行调试设定,数码管显示方式进入调试菜单界面,调试菜单具体包括输出信号制式设定,压力的零偏满偏标定,量
程设置等。
数码管显示电路将结果显示出来,显示电压和负压力。
2.3AT89C52单片机概述
由于本系统的设计特性,我们选择的处理器是52系列单片机中的AT89C52,因为它的低功耗特性非常适合于矿用负压传感器这样的小型便携式测量仪,而且它具有功能强大的通信模块,中断功能设计也符合该仪器的硬件设计要求。
下面简要介绍一下AT89C52系列单片机。
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能COMOS8位单片机片内含有8Kbytes的可反复擦写的只读存储器。
该装置采用
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- 某型矿用负 压力传感器 软件设计