基于单片机的钻井多参数仪表的研究

论文摘要

为了准确的了解钻井过程中的情况,需要测量仪表不断地对钻井过程中的各个参数进行检测和判断分析,以便做出决策,安全高效的完成钻井任务。以ATMEL公司的AT89C52单片机为核心,采用模块化设计思路,通过扩展外围信号调理、采集模块,数据存储模块,键盘、显示模块,串口通讯模块以及软件模块等,研制了一套钻井仪表测试系统,主要实现钻井参数模拟量、数字量的采集测量和数据转换,测量结果的自动处理,以及参数的输出显示和存储传输等功能。各种传感器将钻井参数转换成电流、电压或数字脉冲信号,经信号调理后都由模拟开关控制选择通道,逐路地输入模数转换器或者计数器。电压、电流等模拟信号通过信号调理电路,统一转换成模数转换器要求的标准? 5～+5V范围内的电压信号。软件部分设计了零漂校准和数字滤波处理程序,有效地去除了随机干扰和传感器不稳定引起的失真。脉冲信号通过信号调理,输入计数器进行计数。其中,转盘转速、泵冲次等传感器输出的强度较弱的脉冲信号,经过放大电路转换成符合单片机采样的频率信号,再经滤波进入计数器。针对大钩高度和速度测量中旋转编码器随钻机抖动造成的测量误差,设计了硬件去抖动电路,有效防止了脉冲的误计数;软件上采用等精度测量法（同步计时计数法）,测量过程中计数和计时同步开始,达到较高的测量精度。对测量所得的参数结果进行自动处理,剔除异常点,消除趋势项,减小了现场干扰产生的误差。此外,还采用了看门狗芯片X5045,使仪表具有掉电保护功能,设计了异常情况报警电路。采用RS-232C串行标准接口,能够与上位机进行通讯,完成数据的传送。推导出主要参数的检测公式和传感器标度变换公式。设计了软件程序,实验证明基本达到钻井仪表的功能,具有较高的精度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 钻井仪表的发展及研究现状
• 1.2.1 钻井仪表的概念
• 1.2.2 钻井仪表的发展历史
• 1.2.3 钻井仪表的研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 钻井工况原理分析及系统总体设计
• 2.1 钻井参数分析
• 2.2 钻井工况对仪表功能的要求与设计目标
• 2.3 系统总体设计
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 处理器选择
• 3.2 单片机外围电路的设计
• 3.2.1 电源设计
• 3.2.2 复位电路设计
• 3.2.3 时钟振荡电路设计
• 3.2.4 X5045芯片
• 3.3 存储电路模块设计
• 3.4 信号调理模块设计
• 3.4.1 模拟电压信号处理电路
• 3.4.2 模拟电流信号处理电路
• 3.4.3 脉冲信号处理电路
• 3.5 数据采集电路模块设计
• 3.5.1 模数转换芯片AD1674
• 3.5.2 模拟开关
• 3.6 键盘、显示电路模块设计
• 3.6.18279 芯片简介
• 3.6.2 PORT口设计
• 3.6.3 键盘/显示器的接口设计
• 3.7 数据通讯传输模块设计
• 3.7.1 AT89C52串行接口
• 3.7.2 串口通讯电路设计
• 3.8 报警电路设计
• 3.9 硬件抗干扰设计
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 主控程序设计
• 4.3 键盘、显示子程序设计
• 4.4 模拟电压信号采集、数据处理子程序设计
• 4.4.1 仪表ADC校准程序
• 4.4.2 模拟电压采集子程序
• 4.4.3 模拟电压处理子程序
• 4.4.4 模拟电压数据显示、存储子程序
• 4.5 脉冲信号采集、数据处理子程序设计
• 4.5.1 脉冲测量的方法
• 4.5.2 脉冲信号采集、处理子程序
• 4.5.3 脉冲信号数据存储、显示子程序
• 4.6 串口通讯子程序设计
• 4.7 测量信号的自动处理软件设计
• 4.8 其他程序
• 4.8.1 报警程序
• 4.8.2 其他子程序
• 第5章 系统总成调试和实验
• 5.1 钻井参数检测计算公式和传感器标度变换
• 5.2 系统总成调试
• 5.3 实验
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录A.1
• 附录A.2
• 附录A.3
• 致谢
• 个人简历、在学期间研究成果