大電流檢測儀材料

1、抽油機電流檢測儀在總體設(shè)計上可分為兩大部分：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。1、 硬件系統(tǒng)設(shè)計 抽油機電流檢測儀器檢測儀硬件系統(tǒng)主要包括仿真器、傳感器、信號處理電路、單片機機輸入、輸出設(shè)備、鍵盤、顯示器等部分。它是采用目前流行的單片機Mcs-51、外培存儲器、輸入輸出（I/O）接口、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器、微型熱敏打印機、數(shù)碼顯示器、掉電自動保護系統(tǒng)等。整個儀器在單片機的控制下完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、采集數(shù)據(jù)向上微機傳輸?shù)裙ぷ鳌Ｍ瑫r配備了鍵盤供用戶置入時間和井號等數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)采集8031 CPU CPU數(shù)據(jù)顯示曲線打印 圖1-1 工作原理為,通過鍵盤向檢測儀輸入日期、井號編碼、選擇工作狀態(tài)等信息，鍵盤操

2、作的同時，顯示器顯示所選擇內(nèi)容的提示，當(dāng)按下“開始”鍵后，電流才積極處理子系統(tǒng)開始動作。從互感器測得的抽油機電流信號，經(jīng)信號處理電路轉(zhuǎn)換為05伏直流電壓量，在進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)緩存、儲存后進(jìn)入CPU。采集時間的長短，據(jù)實際需要通過按鍵調(diào)整，以保證一個沖程的完整和曲線的美觀。2、軟件系統(tǒng)設(shè)計 本設(shè)計的軟件主要包括兩部分。一部分用于完成數(shù)據(jù)采集、處理、鍵盤和顯示器控制、波特率自動跟蹤設(shè)置和通訊等任務(wù)，另一部分是對熱敏打印機的控制程序。 在程序設(shè)計中，考慮到時序問題，將采集速度調(diào)整部分和采集處理程序用中斷服務(wù)功能實現(xiàn)。速度調(diào)整分多級速度可調(diào)，由于用戶通過按鍵選擇。采集處理程序中軟件濾波采用算術(shù)平

3、均的方法實現(xiàn)。在與PC機通訊程序設(shè)計時，主要實現(xiàn)了波特率自動跟蹤技術(shù)，以實現(xiàn)與不同檔次的微機通信。程序總體組成如下圖： 系統(tǒng)初始化模塊控制鍵盤掃描模塊數(shù)據(jù)采集級處理數(shù)據(jù)及曲線打印與PC機通訊模塊采集速度調(diào)整主控程序 圖 1-2電流檢測儀數(shù)據(jù)采集及處理電流檢測儀數(shù)據(jù)及處理硬件是本儀器硬件系統(tǒng)的核心部分，其主要用來完成抽油機井電流的采集、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示等功能。它包括仿真器、傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、并行接口芯片、存儲器、鎖存器、觸發(fā)器、各種門電路、鍵盤、顯示器等部分，下面將分別介紹其主要部分。2.1傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、傳感器 傳感器是由感應(yīng)線圈和引線組成的，它是采用電流互感器的工作原理將被測的抽

4、油機電流耦合到感應(yīng)線圈中，然后通過引線輸送給信號處理電路再加以整流濾波來實現(xiàn)的。使用時將其鉗在被測電纜上，把被測導(dǎo)線卡在開線槽中，當(dāng)被測導(dǎo)線上流過抽油機的電流，電流將在被測導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場，磁場作用于傳感器的感應(yīng)線圈上，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢通過引線與信號處理電路相連，這樣，在引線中就有電流通過。電流進(jìn)入信號處理電路，信號處理電路首先將電流信號轉(zhuǎn)換成輸入電壓信號Vi。信號處理電路如下圖： 圖 2-1 輸入信號Vi<0時，運放IC1輸出電壓VA>0,二極管D1截止，D2導(dǎo)通，運放IC！工作在深度負(fù)反饋的狀態(tài)，此時電路相當(dāng)于反比例電路相當(dāng)于反比例電路，因此V1=-R3/R1。V

5、i<0，故V1>0,V1通過運放IC2得到輸入電壓V0,所以V0位正值。當(dāng)Vi>0時，運放IC1也處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，并且VA=0.7V。運放IC2的輸入端為虛地點，所以V0=0。 輸入信號Vi 經(jīng)過上面的處理后，即經(jīng)過運放IC1的處理，在經(jīng)過形濾波，酒；可以得到由IC2輸出的05V的直流電壓信號。也就是完成了信號處理的過程。信號處理后的直流電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一路，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器抽油機井的電流瞬時變化大，而且是模擬量的形式，因而不能直接進(jìn)入單片機進(jìn)行處理，必須將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，抽油機電流檢測儀首先將電流通過傳感器的輸入信號處理電路，經(jīng)過信號處理電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字

6、信號。抽油機電流檢測儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是集成的A/D轉(zhuǎn)換器。它是一個八通道多路開關(guān)，每個通道均能轉(zhuǎn)換出8位數(shù)字量，它是逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，包括一個高阻斬波比較器；一個帶有256個電阻分壓器的樹型開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個控制邏輯環(huán)節(jié)和八位逐次逼近數(shù)碼寄存器，最后輸出極有一個八位三態(tài)輸出鎖存器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。八個輸入模擬量多路開關(guān)地址寄存器控制，當(dāng)選中某路時，該路模擬信號進(jìn)入比較器與A/D輸入的參考信號比較，直至兩個信號相等或達(dá)到允許誤差為至，然后將對應(yīng)輸入的數(shù)碼寄存器值送三態(tài)鎖存器。當(dāng)OE有效時，便可輸出對應(yīng)輸入的八位數(shù)碼。ADC0809的外部引腳如圖2-2所示。其管腳介紹如下： DO

7、D7 八路數(shù)據(jù)輸出端，可直接接入微機的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線。A,B,C 多路模擬開關(guān)地址選擇輸入端。ALE 地址鎖存輸入線，該信號上升沿可降地址選擇信號A.B.C鎖存到地址鎖存器內(nèi)。START 啟動轉(zhuǎn)換輸入線，該信號上升沿用以清除ADC內(nèi)部寄存器，下降沿用以啟動內(nèi)部控制邏輯；使A/D轉(zhuǎn)換器工作。EOC 轉(zhuǎn)換完畢輸出線，其上跳沿表示A/D轉(zhuǎn)換完畢。OE 允許輸出控制端，高電平有效。有效時能打開三態(tài)門，將八位轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到微機的數(shù)據(jù)總線上。CLOCK 轉(zhuǎn)換定時時鐘脈沖輸入端，它的頻率決定轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，其頻率不能高于640KHZ，對應(yīng)轉(zhuǎn)換速度為100s。Vref(+) , Vref(-) 是A/D轉(zhuǎn)

8、換器的參考電壓輸入線。 Vcc 接+5伏電源GND 接地ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：圖2-2 圖 2-3抽油機電流檢測儀中ADC0809的結(jié)構(gòu)如下: 八路模擬量輸入端只用一路信號處理接受模擬量，此路位IN0。八位數(shù)據(jù)輸出端D0D7與8031的P0口相接，并且還與存儲器的數(shù)據(jù)線相連。A.B.C多路模擬開關(guān)選擇輸入端與P0的P0.0、P0.1、P0.3相連。ALE，OE，START接線如圖2-4。 D觸發(fā)器的Q段取非后與CLOCK相接。Vref(+)和Vref(-)的結(jié)法如圖2-5所示。抽油機井的電流警信號處理電路后，由ADC0809轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號書送給8031的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 圖2-4

9、圖 2-52.2并行接口芯片（8255） 8255是一種可編程的并行接口芯片，8255有24條I/O引腳，分成A,B兩組，每條12條，允許分別編程，工作方式可分為0，1，2三種。在抽油機電流檢測儀中，數(shù)據(jù)顯示及鍵盤都接在8255的I/O引腳上。PA口中用PA6PA0來驅(qū)動LED顯示器，PB口中用PB5PB0來選擇每一位LED顯示器，PA口和PB口中剩下的引腳多用作指示功能。PC口作用于鍵盤接口，PC7用于讀取鍵盤狀態(tài)，PC6PC0用于兌12間的鍵盤接口，PC3PC0用于行，PC6PC4用于列，共讀取12個間的狀態(tài)。3.2存儲器抽油機電流檢測儀在8051外部擴展了程序存儲器27256和數(shù)據(jù)存儲器

10、62256式程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址空間都達(dá)到了32K。3.3 I/O端口 在抽油機電流檢測儀中，四個I/O端口分別為：P0口與P2口一起組成16位地址總線選通62256和27256的地址，以及ADC0809的地址。P0口還用為數(shù)據(jù)總線口。P1口用于連接打印機的驅(qū)動接口，P3口用作第二功能。3.5 串行接口 抽油機電流檢測儀用MC1488和MC1489來完成抽油機井與單片機之間的電瓶轉(zhuǎn)換工作，從而能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3.6 中斷系統(tǒng)抽油機電流檢測儀中T0,T1中斷都接在外部打印機的接口電路中，來完成打印機控制，INT1接模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志EOC上，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換完成服務(wù)功能。INT0接“啟

11、動”鍵，用來啟動檢測儀開始數(shù)據(jù)采集。串行口中斷用于控制與上位機通信。軟件介紹及調(diào)試過程簡介有了硬件系統(tǒng)仍不能完成預(yù)期的目的，還需要軟件的支配，才能達(dá)到所要求的結(jié)果，抽油機電流檢測儀要完成抽油機井電流的監(jiān)測和顯示，因此程序首先要完成數(shù)據(jù)的采集任務(wù)，也即采樣。然后對采集進(jìn)行處理、存儲、顯示。測量過程中模擬量通過傳感器和信號處理電路轉(zhuǎn)換成05V的支流電壓信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后輸入彈片級處理。為此程序設(shè)計中分為主程序，中斷服務(wù)程序，子程序三大塊來完成抽油機井的監(jiān)測和顯示。4.3 主程序框圖 抽油機電流檢測儀的主程序用以完成整個系統(tǒng)的初始化，數(shù)據(jù)采集和處理，可通過鍵盤輸入編碼、測量時間等操作

12、。俄中功能模塊操作框圖下：功能1 為選擇存儲區(qū)功能，按鍵1進(jìn)入功能狀態(tài)，在功能命令狀態(tài)下，等待輸入及進(jìn)入功能區(qū)，高三位滅，低三位顯示“A-”,輸入#字鍵顯示默認(rèn)存儲區(qū)。按“*”字鍵返回到系統(tǒng)待命狀態(tài)。其程序流程圖如下：功能2 為用于輸入井號的功能。按鍵2 進(jìn)入功能區(qū)，在此功能狀態(tài)下，顯示“-A”,輸入井號，最多不超過6個數(shù)，判有沒有#字鍵按下，有就返回，沒有則繼續(xù)。其程序框圖如下:功能3 為用于輸入時間的功能。按鍵3進(jìn)入功能區(qū)，在此功能狀態(tài)下，顯示“-B”,輸入時間，最多不超過6個數(shù)，判有沒有#字鍵按下，有就返回，沒有則繼續(xù)。其程序框圖如上圖。功能4 為 用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。按鍵4進(jìn)入功能區(qū)，在此功

13、能狀態(tài)下，顯示“-C”, 對定時器中斷和外中斷1初始化，開定時中斷，等待中斷的到來，沒來之前一直顯示“-C”，此功能主要是為0809的啟動開辟一個平臺，為中斷子程序的初始化。中斷部分及子程序 中斷部分抽油機電流檢測儀共用了定時器0，INTO,INT1三個中斷子程序分別來完成數(shù)據(jù)采集處理定時，系統(tǒng)啟動，模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成魔術(shù)轉(zhuǎn)換服務(wù)。數(shù)據(jù)采集以中斷方式進(jìn)行。抽油機電流檢測儀中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的轉(zhuǎn)換信號EOC經(jīng)反相器接到8051的外中斷INT1上。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相器后為低電平，向8051申請中斷，8051響應(yīng)后，既可讀出模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)果數(shù)據(jù)。硬件ADC0809的地址

14、為C000H，在數(shù)據(jù)采樣過程中只用了ADC0809的第一路模擬通道IN0來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換，標(biāo)度轉(zhuǎn)換也即工程量轉(zhuǎn)換。由于生產(chǎn)現(xiàn)場的各種參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值，這些經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，統(tǒng)一變?yōu)槎M(jìn)制量，這些數(shù)碼雖然代表參數(shù)值的大小，但是并不表示有量綱的數(shù)值才能進(jìn)行現(xiàn)實和打印。這種變換成為標(biāo)度轉(zhuǎn)換或工程量轉(zhuǎn)換。1、標(biāo)度轉(zhuǎn)換現(xiàn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換是最常用的轉(zhuǎn)換方式。其公式為：Ax=A0+(Am-A0)*(NX-N0)/(Nm-N0)式中： A0 儀表下限 Am 儀表上限 Ax 實際測量值 N0 儀表下限對應(yīng)數(shù)字量 Nm 儀表上限對應(yīng)數(shù)字量 Nx 經(jīng)數(shù)字濾波后確定的采樣值通常，在參數(shù)兩成的起點

15、，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出值為0，因此上述的標(biāo)度轉(zhuǎn)換變換公式可簡化為： Ax=A0+(Am-A0)*NX/Nm對于抽油機電流檢測儀來說，測量電流量程為0170A,采用8位ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因而：A0=0, Am=170, N0=0, Nm=255 采樣值為Nx,其標(biāo)度轉(zhuǎn)換公式為： Ax=Nx*170/255 將這一算式編成程序就是抽油機電流檢測儀標(biāo)度變換部分，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)字濾波處理后的Nx值帶入，既可算出抽油機井電流的真實值。2、外部中斷子程序 為了能使中斷處理完后正確返回到被中斷的源程序的斷點處繼續(xù)往下執(zhí)行，必須將斷點處的現(xiàn)場壓進(jìn)堆棧保護。待執(zhí)行完中斷處理程序，恢復(fù)現(xiàn)場，返回斷點繼續(xù)

16、執(zhí)行原程序。這一過程，保證了原程序執(zhí)行的連續(xù)性。稱為中斷的現(xiàn)場保護和恢復(fù)。此程序是0809數(shù)模轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換完成的中斷子程序，它有定時中斷控制開啟轉(zhuǎn)換，外中斷到來時說明轉(zhuǎn)換完成，抽油機電流儀在模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換1個數(shù)據(jù)后，向8051申請中斷。執(zhí)行10次中斷為一周期，即得到10個數(shù)據(jù)。接下來進(jìn)行的是將數(shù)據(jù)輸入到指定的存儲區(qū)，其原理圖如后面圖5-2。5.2子程序抽油機電流檢測儀的子程序部分，其包括鍵盤掃描，數(shù)據(jù)顯示，數(shù)值運算和延時，鍵盤掃描可完成鍵盤上12個鍵的掃描控制，數(shù)據(jù)顯示用于被測數(shù)據(jù)顯示與操作功能提示并且還能顯示數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)。數(shù)值運算可以完成內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)的數(shù)據(jù)運算。延時用來延長一段時間。1、鍵盤

17、掃描子程序鍵盤掃描時有8255的PC口控制的，鍵盤采用行列矩陣式，對間的識別是逐次進(jìn)行掃描查詢的。鍵盤處理子程序就用來完成此功能，鍵盤掃描的工作原理是：1 首先判斷鍵盤上有無鍵按下，方法為判別PC口狀態(tài)，PC口全為高電平，則無鍵按下，否則有鍵按下。2 取除鍵的機械抖動影響，通過調(diào)用延時子程序延時一段時間后在判斷鍵盤的狀態(tài)，若PC口高四位仍有低電平，則說明有鍵按下，否則按鍵的抖動處理。3 判斷閉合鍵號，在對鍵盤的列顯掃描時，PC3,PC2,PC1,PC0以次輸出為： PC3 PC2 PC1 PC 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1相應(yīng)地順序讀入PC口高四位，也就是在PC口的低四位輸出一個掃描字，緊接著讀PC口高四位狀態(tài)。若PC7PC