【毕业设计】改基于单片机的油井系统测试仪设计 ㊣ 精品文档 值得下载

着核心作用，它的利用率的高低直接关系开采的成本和效益。

但据油田现状，对电机功率的利用率很低，平均不超过。

因此，抽油机的节能问题成为重中之重。

人工巡井就存在着些无法避免的局限甚至缺陷人工操作的稳定性和准确性较差，工作量大，条件差，投入成本过高，对突发事件不能及时处理，数据采集不及时等。

因此，需要设计套油井系统效率的测试系统，对抽油机电机的电压电流及功率因数进行数据采集并分析。

国内外发展现状及研究内容近年来，我国各油田的工作重心由产量型向经营型转变嘲，如何降低成本节能降耗并创造更多的效益成为决策者们信奉的种理念，各油田部门均在油井系统测试技术上加大了研究力度。

目前，主要测量仪表有Ⅲ便携式抽油机系统效率测试仪上海华顺电子仪表厂综合测试仪北京电子电器仪表厂及三相有功电能表动力仪回声仪数字万用表压力表秒表等。

据统计，胜利油田和新疆等地油田多使用山东力创科技和北京枫火石油科技两家公司的产品。

据油田负责人介绍此类产品性能较好出错率相对较低但价格昂贵比较笨重携带不便。

因此，课题组到两家公司进行了调研，据厂家介绍开发初期，产品简陋功能简单性能不够稳定，但经过多年的不断努力，现在的技术已趋成熟，产品性能良好，但价格过高，普通的到万元左右，性能好的要万元左右。

在国外，不断发展的新技术在油井测试中得到了应用，尤其是电子电气技术的迅速发展，使油井测试技术呈多样性。

潜油电泵工频控制系统不断融合先进电子电气技术，目前已经非常完善，测量和历史记录功能越来越强大，不仅能够进行电压电流的测量，还能进行功率因数和井下各种数据的测量，并且可实现在定历史时期内电泵的操作情况和工作参数的历史记录。

系统加装数据通讯接口，通过无线或有线通讯和上端计算机相连，使遥测遥控和集中自动化管理成为可能。

随着传感技术的发展和用户需求的增加，国外近年出现了先进的多功能传感器，如。

它能够对吸入口压力排出口压力吸入口温度电机绕组温度排出口流量功率因数振动泄漏电流等参数进行实时测量，并具有很高的精度。

传感器配以功能强大的地面二次仪表，可以对井下机组运行和运转情况油井参数进行全面有效地监控，结合其它设备可实现系统闭环控制。

在美国休斯敦的技术总部，可以通过网络实时管理和监督在埃及和委内瑞拉等世界个不同地区的钻井及测试工作。

实时钻井过程通过网络处理大量的数据，使得测量更加精确，钻井工艺更高效，通过协同的钻井方案和交互钻井程序来提高钻井效率，从而获得最大的经济效益。

采用这种钻井监控系统，实现多钻机成批的水平井钻井，用和测量数据以实时方式接入地质模型，实时监测系统使得较全面地进行钻井决策得到贯彻，地面和井下钻井参数的稳定监测，确保了钻井过程的稳定，钻井操作风险降低。

目前，国内油井的测试工作仍是以人工巡井和手工抄表为主，而这种人工测试存在以下缺点随机性大，所测数据误差大对于突发事件应变能力差效率低反馈慢工作量大，工作环境恶劣成本高，效益低。

为解决上述人工操作的种种弊端，需设计套油井效率测试系统。

目前单片机技术相对成熟应用范围广通用性好成本低，因此选其作为主控电路的核心部件。

存储器拟采用大容量设计，以增加存储量。

而系统所测数据，即油井系统效率是标明整个抽油系统工况的重要参数，其中有功功率无功功率和功率因数则说明所测抽油机系统对整个供电系统的影响，对功率因数进行研究对提高抽油机井效率具有重要的现实意义。

提高功率因数，意义如下提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，有利于安全生产可节约用电，降低生产成本，减少企业的电费开支能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力可减少线路的功率损失，提高电网的输电效率。

第章数据采集方案设计测试系统概述系统由三个部分组成，分别是数据采集部分单片机控制电路部分计算机人机界面部分。

其中单片机控制电路部分为整个测试仪的核心部分，单片机要实现对硬件电路的控制。

在主控电路板上，所有元件在允许范围内要排列紧密，减小电路板的面积，以期减小测试仪的体积，使测试系统尽可能小型化。

单片机与计算机连接是通过串行通讯实现的。

单片机和计算机两部分的串口是通过标准串行通讯协议连接起来，以供数据传输，而在计算机终端需要编写个人机界面来实现这连接，这界面用程序语言来编写，最终的数据处理以及图形显示都在这界面里完成。

数据采集部分负责将模拟信号采入，转换成较小模拟信号传送给控制电路。

由于单片机需要的是数字信号，因此，所采数据还需经过转换芯片的转换才能送给单片机。

基本思路系统基本设计思路首先选择合适的电子芯片及相关元件然后进行控制系统电路设计和外围硬件电路设计第三步采用汇编语言进行控制软件部分的程序编制第四步采用语言编写人机界面第五步利用绘制电路原理图并购买元器件焊接电路板第六步进行实验并调试。

第章硬件系统设计元器件的选择单片机选择，系统单片机具有超强抗干扰性高抗静电性较低功耗，可外部中断唤醒这个系列的单片机可以直接在线烧写程序，不免数字输出与采样时钟信号耦合。

后向通道的抗干扰后向通道的抗干扰主要是转换器即的抗干扰设计。

在系统中通常采用以下步骤采用多层印刷电路板，应用大面积的地线和电源线，在电路板的装配过程中不用插座，直接安装在电路板上。

将模拟电源与数字电源分开供电，分离接地，分别加以去耦。

模拟地与数字地分离并且近接于平面地。

在电源和相应的地之间并联跨接个的钽电容和的片状电容，去耦电容近接转换器件的引脚，以对电源去耦。

使用分段式电源结构器件，将几个最高权位的电流源改为等值电流源，由位驱动个最高权电流源最大电流改为驱动多个等值电流源，以抑制开关时间不统造成的短时脉冲波形干扰。

在输入线和驱动器输出线之间串接个的电阻，减少数字输入上的超调和瞬态干扰。

在输出与地之间跨接个的电容，抑制数字量输入的瞬时变化和开关不同步引起的尖锋脉冲干扰。

存储器抗干扰系统采用的程序存储器，信息电流大，工作频率高，必须防止外界电磁干扰。

因此，控制系统中在配置存储器时必须注意抗干扰设计，可采取以下措施为减少对地电容，尽量缩短数据线地址线控制线为避免造成各线的阻抗差异过大使地址信号传输过程中到达终端时波形差异过大，从而形成控制信息的非同步干扰，因此，系统中对各条线的长短和布线方式做到了尽量致。

由于开关噪声严重，在电源入口处，以及存储器芯片的与之间接入去耦电容。

总线的始端和终端配置了上拉电阻，以提高高电平噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下抗干扰能力和削弱反射波干扰。

键盘抗干扰按键消抖键盘实质上是组按键开关的集合。

通常，按键所用开关为机械弹性开关，均利用了机械触点的合断。

个电压信号通过机械触点的断开闭合过程。

由于机械触点的弹性作用，个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会下断开。

因而，在闭合和断开的瞬间均伴随着连串的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，般为。

按键的闭合与否，反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，所以通过电平的高低状态的检测，便可确认按键按下没有。

按键的抖动过程有可能令误解为多次按键操作，从而引起误处理。

为了确保对次按键动作只确认次按键，必须消除抖动的影响，这也是按键抗干扰的主要的个方面，同时，由于按键般与系统是通过传输线相连的，传输线很容易收到电磁干扰的影响，因此键盘传输线的抗干扰问题也是按键接口电路应该解决的问题。

按键的消抖，通常有软件，硬件两种消除方法。

硬件消抖有滤波消抖和双稳态消抖两种方法，滤波消抖通常是在按钮上并个电容，使电压平滑而双稳态消抖是用两个与非门构成个触发器，通过工作触发器来消除抖动。

但硬件消抖只适用于键的数目较少的情况，如果按键较多，硬件消抖将无法胜任，常采用软件消抖。

软件消抖通常采用延时的方法在第次检测到有键按下时，执行段延时的子程序后，再确认电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平，则确认真正有键按下，进行相应处理工作，消除了抖动的影响。

采取串键保护措施串键是指同时有个以上的键按下，串键会引起响应。

通常采取的策略单键按下有效，多键同时按下无效。

连击处理连击是指次按键产生多次击键的效果。

要有对按键释放的处理，为了消除连击，使得次按键只产生次键功能的执行不管次按键持续的时间多长，仅采样个数据。

否则，键功能程序的执行次数将是不可预知，由按键时间决定。

按键接口的长线传输问题键盘与单片机主机系统相距较远，按键或键盘用扁平电缆与主机系统相连，这就可能造成信号传输问题，同时，较长的导线或电路也很容易受到电磁干扰的影响。

因此，在布置设计导线连接时，采用光电耦合器进行转接。

另外，由于控制系统工作在电磁辐射非常严重的工作环境中，选用屏蔽性能较好的屏蔽双绞线来做按键信号的传输线。

显示单元抗干扰数码管工作中有可能受到反向电压的冲击，因为能够承受的反向电压非常低，般反向击穿电压只有左右，因此，哪怕是较短的干扰脉冲，都有可能击穿。

为了防止干扰反向电压击穿，通常需要为每个反向并联个普通二极管，以消除反向电压的影响。

另外，为使数码管能够稳定显示，需要在程序中为其提供足够的刷新次数。

系统可靠性设计电源线和地线设计电源线设计电源线宽度设定为，并使电源线走向与地线数据信息传递方向致，从而提高增强抗噪声的能力。

地线设计加粗地线能降低导线电阻，使它能通过三倍于印制板上的允许电流，实际设计中，地线宽度为。

接地线构成闭环路能明显地提高抗噪声能力。

闭环形状能显著地缩短线路的环路，降低线路阻抗，从而减少干扰。

去耦设计数字系统中的高次谐波总是产生和传递各种脉冲信号波形，这些波形都由个基波和许多高次谐波组成。

当脉冲信号边沿很陡时，会有很高的高次谐波。

例如，个周期信号的上升时间为时，信号的有效谐波频率可达。

这时，任何个与之相连的线迹元器件及连接物都可成为辐射天线。

而相邻的线迹元器件也可通过辐射或电容耦合接收这些高频噪声干扰。

电源去耦设计电源去耦，就是在每个印制板入口处的电源线与地线之间并接退耦电容。

并接的电容应为个大容量的电解电容和个的非电解电容。

并接大电容为了去掉低频干扰成分，并接小电容为了去掉高频干扰部分。

低频去耦电容用钽电解电容，高频去耦电容采用自身电感小的陶瓷电容。

集成芯片去耦控制系统应在每个集成芯片都安置个的陶瓷电容器。

对于抗噪声能力弱，关断电流大的器件存储器，在芯片的电源