基于單片機的井口壓力計設(shè)計

吳猛

摘要：采用PIC18F26K20單片機設(shè)計一款井口壓力計，實現(xiàn)對油井壓力信號的采集、顯示和存儲功能。單片機采用瓦納技術(shù)低功耗管理，可以自動喚醒、運行功耗低，利用熔絲深埋工藝，保密性好。

關(guān)鍵詞：井口壓力；PIC18F26K20；低功耗

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0006-02

石油是現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略資源，對國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和國防安全非常重要。我國石油資源相對缺乏，國內(nèi)很多油井采收率低下，因此提高油井開采壽命和采收率、提升油井生產(chǎn)的測試技術(shù)水平成為關(guān)鍵問題。目前，石油行業(yè)對數(shù)據(jù)采集的效率、數(shù)據(jù)的精準程度要求越來越嚴格， 井口壓力是油井的關(guān)鍵指標，只有檢測出井下油層的壓力情況，實時掌握井下壓力的動態(tài)變化，才能優(yōu)化油井產(chǎn)能，保障安全生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)總體方案

本設(shè)計以PIC18F26K20芯片的電路為基礎(chǔ)，通過軟件程序來控制單片機內(nèi)部的定時器，實現(xiàn)對油井溫度、壓力等參數(shù)的周期性測定。采用電池供電的方式，外接波特率信號發(fā)生器，井口壓力信號通過內(nèi)置在壓力計內(nèi)部的擴散硅壓阻式芯片采集進來，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后傳送給處理單元單片機，處理后的數(shù)據(jù)傳送到存儲器存儲，并通過傳輸線實時傳輸，在液晶顯示器上顯示。總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 PIC18F26K20單片機及其最小系統(tǒng)的設(shè)計

PIC18F26K20單片機使用高性能的RISC CPU作為內(nèi)核芯片，采用NanoWatt XLP的超低功耗管理，可以自動喚醒，利用瓦納技術(shù)降低運行功耗；芯片以保密熔絲來保護代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，恢復(fù)熔絲的可能性極小，具有極強的保密性。

PIC18F26K20單片機最小系統(tǒng)是在單片機芯片基礎(chǔ)上，設(shè)計了時鐘電路和復(fù)位電路，保證了單片機的最基本功能。

時鐘電路由兩個電容和一個晶振組成，設(shè)計采用3.6864M的晶振，來控制單片機運行。

復(fù)位電路采用上電復(fù)位的方式實現(xiàn)單片機的復(fù)位功能。當VDD上升到高于某個門限時，就會在片上產(chǎn)生上電復(fù)位脈沖。將/MCLR引腳通過一個電阻連接到VDD。這樣可以省去產(chǎn)生上電復(fù)位延時通常所需的外部RC元件。設(shè)計中復(fù)位電路和單片機的液晶顯示相連接，保證壓力計采集數(shù)據(jù)后重新進行數(shù)據(jù)顯示。單片機的9、10引腳外接晶振XY1和電容，構(gòu)成時鐘電路。/MCLR引腳提供了觸發(fā)器件外部復(fù)位的方法，將該引腳拉低可以產(chǎn)生復(fù)位信號。14、17引腳連接供電電路8、19引腳接地。

2.2 信號采集電路設(shè)計

本設(shè)計利用壓阻式原理采集壓力，并通過AD7794轉(zhuǎn)換后，傳輸?shù)絇IC單片機。信號采集電路中包括Keller sweies 8型壓力傳感器、阻值分別為2K和100R的兩個色環(huán)電阻、濾波電路、AD7794轉(zhuǎn)換芯片等。壓力信號采集電路如圖2所示。

2.3 電源電路、存儲模塊電路、顯示電路設(shè)計

壓力計的電源模塊選用REF3125作為基準電壓源，TPS76030做穩(wěn)壓芯片，采用特制電池供電的方式。電池輸出電壓為3.9V，通過電源芯片將3.9V電壓轉(zhuǎn)換為2.9V電壓，給單片機進行供電。

系統(tǒng)采用AT25DF641存儲器進行采集數(shù)據(jù)的存儲工作。存儲模塊電路引腳與單片機引腳進行連接，由單片機對信號處理后直接傳輸給存儲器AT25DF641，將單片機的2、6、3、5引腳分別和存儲器模塊的7、8、16、15引腳相連接。

井口壓力計液晶顯示模塊采用的是LCM12864。LCM12864通過調(diào)節(jié)電壓來調(diào)節(jié)對比度。顯示模塊是插在電路板的固定插座上面，插座端口直接和單片機進行連接，具有很好的穩(wěn)定性。

3 程序設(shè)計

在Keil uVision4編程環(huán)境實現(xiàn)設(shè)計了系統(tǒng)主程序及各子程序。

主程序控制著單片機系統(tǒng)按照預(yù)定的控制方式運行。系統(tǒng)上電之后，先行對存儲器進行初始化操作并擦除殘留數(shù)據(jù)，顯示模塊初始化，并對傳感器進行校準。通過對實際環(huán)境中參數(shù)的采集，通過AD轉(zhuǎn)換到單片機，并按照指令將數(shù)據(jù)保存并顯示。主程序框圖如圖3所示。

系統(tǒng)子程序包括初始化程序、數(shù)據(jù)采集子程序、存儲子程序及顯示等子程序等。

4 結(jié)語

基于PIC18F26K20單片機的油井井口壓力計，可以快速、直觀、快捷的測量油井溫度、壓力參數(shù)，并進行實時顯示和存儲；測量精度在0.01左右，完全可以滿足對油井溫度壓力信號的采集分析工作。

參考文獻

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