【正文】 177。 計(jì)數(shù)測(cè)頻法原理 : 在測(cè)頻模式下，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)雙做為閘門(mén) 信號(hào)，被測(cè)信號(hào)做為計(jì)數(shù)時(shí)鐘 (周油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 期為 XT )。 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 圖 霍爾開(kāi)關(guān)電路圖 濕度采集電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的是濕度傳感器。該方波發(fā)生器的輸出頻率為 ]2ln)25224(1/[1t/(1 RRCtf ???? ）放電充電 () 空氣濕度通過(guò) 555振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的脈沖頻率信號(hào)。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 引腳號(hào)第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，由于轉(zhuǎn)換時(shí)間的存在，會(huì)造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。所謂量化，就 是采用一組數(shù)碼來(lái)逼近 離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。要轉(zhuǎn)換的模 擬通道的輸入電壓連到一個(gè)輸入端與地比較 (單端輸入 )或與另一個(gè)輸入比較 (差分輸入 )。 TLC0838以 SIP總線與單片機(jī)接口。第一位為邏輯高，表示起始位。為使選定的通 道穩(wěn)定，在通道配置位輸送完后，要隔一個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)才在時(shí)鐘的下降沿從引 腳 DO輸出數(shù)據(jù)至單片機(jī) 。 在全 8位分辨率下允許任意小的模擬電壓編碼間隔。 HD7279A一共有 28個(gè)引腳，引腳連接說(shuō)明如下 : VDD : 正電源，接系統(tǒng)電源 VCC。當(dāng)HD7279A芯片接收指令時(shí)此引腳為輸入端。其中電阻的值為 。串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè) 備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊，常常用一兩個(gè)端口就可以完成傳輸任務(wù)，所以使用越 來(lái)越廣泛。 （ 2）傳輸速率較低，通訊波特率的范圍為。因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。 AT89S52的輸出高低電平是 5V和 0V，為了滿(mǎn)足 RS— 485的電平要求，需要外 接接口芯片，進(jìn)行電平之間的轉(zhuǎn)換。其有關(guān)電氣參數(shù) 參見(jiàn)表 。 針對(duì) RS— 232C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)， RS— 485就是其中之 一。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為 單工、半雙工和全雙工三種。當(dāng)該端由低電平變成高電平，并保持 25ms后，復(fù) 位過(guò)程結(jié)束。 DIG0一 DIG7: 8個(gè) LED管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。此引腳為低電平時(shí)，單油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 片機(jī) AT89S52可向芯片發(fā)送指令。該芯片同時(shí)可連接多達(dá) 64鍵的鍵盤(pán)矩陣，且 64鍵鍵盤(pán)控制器內(nèi)含有去抖動(dòng)電路；無(wú)需外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng) LED，一片芯片即 可完成 LED顯示及鍵盤(pán)接口的全部功能。經(jīng)過(guò) 8個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成， SARS變?yōu)榈汀? 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 圖 TLC0838接口電路 表 TLC0838多路器控制邏輯表 多路器地址 通道號(hào) SGL/DIF ODD/EVEN SELECT CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 1 0 H L L L + H L L H + H L H L + H L H H + H H L L + H H L H + H H H L + H H H H + 溫度采集電路 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 在連續(xù)的每個(gè)時(shí)鐘的上升跳變，起始位和配置位移入移位寄存器。 CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中必須置為低。以 SPI總線與單片機(jī)接口。信號(hào)采集單元選用串行多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC0838來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程叫做量化，所取的最小數(shù)量單位叫做量化單位，其大小等 于輸出的數(shù)字信號(hào)最低有效位 1所代表的數(shù)量大小。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 端口引腳第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行 輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。對(duì) P1 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 2%RH，而且響 應(yīng)時(shí)間小于 5s。工作電路如圖 。 2103/℃ VSN tr 反應(yīng)時(shí)間 3 181。 mA TA 環(huán)境操作溫度 0?+70 ℃ TS 環(huán)境貯存溫度 25?+80 ℃ RP 原邊線圈電阻 TA=70℃ 1900 Ω Rs 副邊線圈電阻 TA=70℃ 60 Ω m 重量 460 g 標(biāo)準(zhǔn) 3 EN50178 BLFS7 電流傳感器說(shuō)明 采用霍爾開(kāi)環(huán)原理 制造，體積小，測(cè)量范圍寬，重量輕，低能量損耗，無(wú)插入損耗。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié) 。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的?？蓪?shí)現(xiàn)電壓、電流、溫度、頻率的采集。常用的有光隔離和磁隔離。 傳感器 （ S） 傳感器 （ S） 傳感器 （ S） 采樣 /保持（ S/H） 采樣 /保持（ S/H） 采樣 /保持（ S/H） 模 /數(shù) A/D I/O 主 機(jī) 模 擬 多 路 開(kāi) 關(guān) 模擬信號(hào) 模擬信號(hào) 模擬信號(hào) 傳感器 （ S） 傳感器 （ S） 傳感器 （ S） 模 /數(shù) A/D I/O 主 機(jī) 模 擬 多 路 開(kāi) 關(guān) 采樣 /保持（ S/H） 模擬信號(hào) 模擬信號(hào) 模擬信號(hào) 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 總框圖 信號(hào)調(diào)理模塊的功能 對(duì)于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集和 控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，信號(hào)調(diào)理是非常重要的。 這種轉(zhuǎn)換方式較上一種方式慢，并且得到的各通道信號(hào)是斷續(xù)的。 ①多路 A/D轉(zhuǎn)換方式 這種結(jié)構(gòu)由多個(gè) A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成。由單 片機(jī)做為控制單元的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟，熬據(jù)采集是將被測(cè) 量的信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠被單片機(jī)所識(shí)別的信號(hào)并輸入給單片機(jī) 。 數(shù)據(jù)處理程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，由判別通道、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通 信四個(gè)部分組成。該芯片無(wú)需外圍元件便可直接驅(qū)動(dòng) LED，一片芯片即可完成 LED顯示的全部功能，各位可獨(dú)立控制譯碼 /不譯碼、消隱和閃爍等屬性 。整體硬件框圖如圖 1， 6所示。 (3)智能化傳感器 (Smart Senor)的發(fā)展，必將對(duì)今后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn) 的影響。如采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)。它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)要求?；旌闲陀?jì)算 機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有以下特點(diǎn) : ①通常具有自開(kāi)發(fā)能力。系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)用程序。通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有的軟、硬件資源都可以用來(lái) 支持系統(tǒng)進(jìn)行下作。在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。傳感器將非電量信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)， 經(jīng)放大器放大后送入 8位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC0838。 月 日 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)閱畢業(yè)論文。 制作 MCGS控制界面。 掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本 原理 。 月 日 月 日 確定油氣田井口數(shù)據(jù)采集總體方案，完成總體設(shè)計(jì)與論證。硬件部分由數(shù)據(jù)采集和和數(shù)據(jù)處理兩部分組成。下井儀器信號(hào)的頻率及數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)精度、動(dòng)態(tài)范圍的要求是決定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要因素。更有減少對(duì)周?chē)h(huán)境的污染等方面的設(shè)計(jì)與措施，其本身也是節(jié)約能源提高效率的一個(gè)工程設(shè)計(jì)。 （ 2）基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 它是由單片機(jī)及其一些外圍芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)： ①系統(tǒng)不具有自主開(kāi)發(fā)能力。 （ 4）基于混合型計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng) 這是一種近年來(lái)隨著 8位單片機(jī)出現(xiàn)而在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中迅速發(fā)展的一種系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)形式。系統(tǒng)的主要工作是對(duì)大量的過(guò)程狀態(tài)參數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 數(shù)據(jù)處理、進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析等。 (3)通用性好，便于擴(kuò)充。對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 單片機(jī)以它體積小、功耗小、成本低、價(jià)格廉以及控制功能強(qiáng)適應(yīng)了這個(gè)要求，成為現(xiàn) 代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展， 多路數(shù)據(jù)采集勢(shì)必將得到越來(lái)越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢(shì)，這方面的研究就顯得十分 重妻。 數(shù)據(jù)處理部分采用 AT89S52做為核心控制器件。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制軟件使用 Visual 。結(jié)合外圍電路所構(gòu)成。 （ 1）單通道數(shù)據(jù)采集 單通道數(shù)據(jù)采集是：被采集的模擬信號(hào)只有一個(gè)，如圖 。缺點(diǎn)是成本較高、體積較大。結(jié)構(gòu)框圖 如圖 。大多數(shù)傳感器的輸出范圍在 mV 級(jí)，而 A/D 轉(zhuǎn)換設(shè)備輸入范圍為 Volt 級(jí)。 6. 其他功能：信號(hào)調(diào)理模塊還可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)衰減、采樣同步、頻率 電壓的轉(zhuǎn)換等功能。 DS18B20 的管腳排列如下 : 圖 DS18B20 DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地 ）。暫存存儲(chǔ)器包含了 8個(gè)連續(xù)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息，第一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個(gè)字節(jié)是溫度的高八位。 15 V IC 電流消耗 10+IS mA Vd 有效值電壓用于交流絕緣測(cè)試 6 kV XG 總精度 IPN,TA=25℃ 177。 20 mV Vom 磁失調(diào)電壓 (IP→ 0) 177。 在閘門(mén)信號(hào)開(kāi)啟 (高電平 )時(shí)， .計(jì)數(shù)器工作，如圖 。電容式濕度傳感器的薄膜電容的容量 (介電常數(shù) )隨 著它從空氣中吸收的水量變化而變化。送入單片機(jī)的定 時(shí) /計(jì)數(shù)器 T1， T1工作于方式 1，為 16位計(jì)數(shù)器，定時(shí)記錄脈沖數(shù)并存入內(nèi)存緩沖區(qū) (T0工作于方式 2，為自動(dòng)重裝方式的定時(shí)器 )。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。對(duì) P2 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。為了防 止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)將信號(hào)電平保持住，而在 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號(hào)的 變化，即將輸入信號(hào)采樣保持，能實(shí)現(xiàn)這種功能的器件叫做采樣 /保持器。將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為量 化過(guò)程。通過(guò)同單片機(jī)相連的串行數(shù)據(jù)電路傳送控制命令，用軟件進(jìn)行通道選擇和輸入端 配置。片選信號(hào) CS接 腳，因?yàn)閿?shù)據(jù)輸入端 Dl和輸出端 DO在同一時(shí)間有一個(gè)為高阻，所以連在一 起，接 ，串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CLK接 。緊接的 5位是配置位，用來(lái) 選擇通道。 轉(zhuǎn)換過(guò)程為采樣比較器把從