微型井下智能压力温度计的研究

论文摘要

在油气井开发过程中,温度和压力等数据是进行方案实施的重要依据,为此,本文就实现测试仪器结构的微型化,满足大容量数据快速存储和智能化接口的要求,设计了基于PIC16F877单片机为核心的微型井下智能压力温度计。井下压力温度计采用贴片式片内集成A/D转换单片机和I2C总线的双线互控寻址技术实现了结构的微型化和大容量数据存储。利用FT245BM芯片的通信协议自动转换功能,开发了USB与并行I/O通信的智能化转换接口。经过系统软硬件开发,能够实现信号调理、数据采集与存储、USB通信、数据或曲线显示等功能。对此,本文主要开展了以下研究工作:1.井下仪器的硬件电路设计中,将PIC16F877内部集成A/D、高精度单片仪表放大器与硅压阻式传感器集成为最小结构的数据采集器;利用I2C总线技术中器件地址的硬件接口设置,同时挂接多个存储器到总线,解决了大容量数据快速存储的问题。2.利用FT245BM芯片的串行接口引擎、FIFO控制器和USB协议引擎,设计了单片机时序控制FT245BM芯片引擎功能的硬件电路,实现了USB和并行I/O口之间数据传输协议的自动转换;开发了将虚拟串口驱动程序与主机端外接电路匹配的自动识别电路,实现了通信接口的智能化。3.编写调试了井下仪器的数据存储、A/D转换、USB通讯和时钟模块的控制软件;在上位机应用Visual C++6.0的串行通信编程控件MSComm编写了与USB接口进行通讯的显示界面程序。4.开发了硅压阻式传感器的信号放大、采集电路,匹配了单片机A/D转换所需的信号。最后,对系统进行了综合调试,实际测量结果与软件仿真结果吻合,系统运行实现了预期指标。测试系统结构紧凑,可广泛应用于井下的静压、流压和温度等的测量。系统功耗低、可靠性高,对于研究和开发井下多参数智能测试系统,特别是存储式深井测试系统的设计、开发和应用,具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 国内外井下参数测试研究发展情况
• 1.3 本课题的研究意义和主要工作
• 第二章 微型井下智能压力温度计的基本组成
• 2.1 试井技术概论
• 2.2 测试系统简介
• 2.3 系统整体方案设计
• 2.3.1 系统主要技术指标与特点
• 2.3.2 系统整体方案设计与描述
• 第三章 测试系统硬件电路模块设计
• 3.1 传感器信号调理电路
• 3.1.1 压力传感器的选型
• 3.1.2 压力信号处理
• 3.1.3 温度信号处理
• 3.2 PIC16F877A信号采集系统
• 3.2.1 PIC系列单片机概述
• 3.2.2 系统时钟频率设计
• 3.2.3 系统复位电路
• 3.2.4 PIC16F877A系统工作电路
• 3.2.5 PIC系列单片机开发工具简介
• 3.3 模/数转换电路的设计
• 3.4 数据存储模块的设计
• 2C总线概述'>3.4.1 I²C总线概述
• 2C总线的数据传输'>3.4.2 I²C总线的数据传输
• 3.4.3 系统存储模块
• 3.5 USB通信模块设计
• 3.5.1 USB通信概述
• 3.5.2 FT245BM芯片功能简介
• 3.5.3 硬件电路设计
• 3.6 时钟电路设计
• 3.6.1 DS1302简介
• 3.6.2 DS1302的读写方式
• 3.6.3 日历时钟接口电路的设计
• 3.7 电源模块
• 3.8 单片机低功耗特性在本系统中的实现
• 3.9 本章小结
• 第四章 系统软件及上位机程序设计
• 4.1 系统软件设计
• 4.1.1 系统软件总体流程设计
• 4.1.2 上电初始化与自检程序设计
• 4.1.3 数据采集AD转换程序设计
• 4.1.4 数据存储和读写程序设计
• 4.1.5 USB通信子程序设计
• 4.1.6 看门狗监控程序设计
• 4.2 上位机通讯及分析软件的设计
• 4.2.1 面向对象程序设计概述
• 4.2.2 面向对象的程序设计方法及组件技术
• 4.2.3 程序开发语言及平台
• 4.2.4 上位机软件基本组成
• 4.2.5 VC++下串口通讯的实现
• 第五章 系统调试及测试分析
• 5.1 系统硬件调试
• 5.2 系统软件调试及仿真
• 5.3 测试系统运行结果
• 第六章 课题总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文