【文章內(nèi)容簡介】 輸出應接上放大電路。本設計所用到的放大器是高集成運放ICL7650，ICL7650高精度、低漂移運算放大器是美國公司投入市場的高性能第四代運算放大器：CMOS工藝，開關電容斬波方式使其前置放大的分辨率可以小于10181。V；能自動檢測放大器的失調(diào)電壓和共模引起的漂移，并自動動態(tài)校零；它的輸入失調(diào)電壓極低，在整個工作電壓范圍只有177。1181。V；；共模抑制比達130DB，單位增益帶寬達2MHz。其中ICL7650的1號和2號引腳分別接一電容到8號引腳上，目的是為了補償自動調(diào)零。4號和5號引腳分別為差動信號的、+輸入端，10號引腳為輸出端，本電路的連接是用差分比例放大器，放大倍數(shù)為100，輸出接電容濾波電路，后經(jīng)可調(diào)電阻分壓，將合適的電壓信號傳輸給A/D轉(zhuǎn)換電路。 懸重傳感器信號放大電路圖 A/D轉(zhuǎn)換在綜合井深測量系統(tǒng)中，深度系統(tǒng)是最重要的部分，離開了深度系統(tǒng)儀器大部分參數(shù)都將失去意義，而在深度系統(tǒng)中，大鉤高度的測量是最基本、最關鍵的。大鉤懸重信號是判斷增加、減少鉆桿的重要依據(jù)。當鉆桿數(shù)量較少時，鉆桿的總量相對大鉤自身的重量而言較小，要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，使用了MAX191A/D轉(zhuǎn)換器。1) MAX191的器件特性由于井深儀位于辦公室，大鉤在鉆井現(xiàn)場，為使系統(tǒng)的可靠性好、抗干擾能力強，大鉤懸重傳感器送出的信號在現(xiàn)場經(jīng)放大后再傳輸給井深測量系統(tǒng)。送到井深的懸重信號為05V，可直接接人A/D轉(zhuǎn)換器信號輸入端。根據(jù)鉆井過程中懸重信號的測量要求，設計方案選擇MAXIMX191型A/D轉(zhuǎn)換器。它是12位的A/D，同時具有并行和串行接口，采用速度最高可達到100kHz。MAX191可以單5V供電，也可以177。5V雙電源供電，可接收單極性或雙極性信號。MAX191采用DIP24封裝。 2）MAX191的內(nèi)/外部時鐘電路MAX191含有內(nèi)部時鐘電路，在CLK和DGND之間連接120PF的電容，可以產(chǎn)生1MHz的內(nèi)部時鐘，在MAX191的CLK/SCLK引腳上也可以連接100kHz~。 3）MAX191的內(nèi)部參考及其內(nèi)部參考的外部補償電路MAX191在工作時，，在實際工作時，為了根據(jù)需要而適當改變VREF端的輸出參考電壓，可以采用內(nèi)部參考的外部補償電路進行調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)補償電路中電位器R2的數(shù)值，改變VREF端的輸出電壓，得到所測信號范圍的滿刻度讀數(shù)，外部補償電路。在這種方式下，以達到最大的轉(zhuǎn)換速度和最小的轉(zhuǎn)換噪聲。 A/D電路圖由于絞盤位置與大鉤高度有關，為準確測量絞盤的位置，設計方案中采用編碼器作為測量部件。編碼器是一種測量圓周位置的通用部件，測量時將編碼器的軸與絞盤的軸相連，絞盤每轉(zhuǎn)動一周，編碼器輸出n個脈沖，相當于把圓周位置分成了N份。根據(jù)測量要求，可以選擇適當n值規(guī)格的編碼器，最多可達36000。根據(jù)鉆井實際情況，絞盤尺寸D0 =1000mm，絞繩直徑d=300mm。在鉆井過程中絞盤纏繞絞繩不超過5層，即最外層的繞線周長為： C5≈π（D0+）=（1000+300）=7379mm （31）根據(jù)實際精度要求，現(xiàn)選用n=100線的編碼器，經(jīng)過倍頻后每周可得到200個脈沖，即400個脈沖上升、下降沿，通過作用的接口電路或處理軟件，大鉤的高度測量精度可達到： 7379247。400≈20mm （32）可以滿足實際測量的要求。編碼器產(chǎn)生的信號有A、B兩相脈沖信號和一組零位信號Z。當編碼器軸正轉(zhuǎn)時，A相信號比B相信號超前90176。；編碼器軸反轉(zhuǎn)時，A相信號比B相信號，該信號的頻率是A（B）信號頻率的2倍。 編碼器信號時序圖由于編碼器在井架上，而井深儀位于辦公室，二者的距離遠，信號傳輸過程中干擾大。因此采用電流驅(qū)動方式，在儀器內(nèi)還采用光隔對編碼器信號進行隔離處理。 編碼器接口示意圖光耦選擇了6N137光耦合器，它是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850 nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。6N137光耦的特性：①轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s；②擺率高達10kV/us；③扇出系數(shù)為8；④邏輯電平輸出；⑤集電極開路輸出；工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA 最大輸入電流，高電平：15mA 最大允許低電平電壓(輸出高)： 最大允許高電平電壓：Vcc 最大電源電壓、輸出： 扇出(TTL負載)：典型應用：高速數(shù)字開關，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等。扭距傳感器選用的是KR—803系列的傳感器，它就是采用應變片電測技術，在彈性軸上組成應變橋，向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。將該應變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換，編程與扭應變成正比的頻率信號。此傳感器輸出的方波幅度可選5V/12V。開機5分鐘即可進入工作狀態(tài)，無需預熱過程。檢測精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強。不需要反復調(diào)零即可連續(xù)測量正反扭矩。體積小、重量輕、易于安裝。扭矩精度：＜177。 % F S、＜177。 % F S、＜177。 % F S。 表示鉆壓扭矩傳感器1與上部連接鉆鋌抗壓筒和測量電路5 等連接在一起時的整體結構示意圖。 其中：傳感器1用來粘貼測量鉆壓和扭矩的應變片，應變片引線通過導線孔引入安裝在抗壓筒5中的扭矩測量橋路、 單片機電路；引線孔通過高壓密封蓋板4進行密封。 ， 清楚地表明了抗壓筒連接處的泥漿通道，圖1中的4是引線孔密封蓋板。 鉆壓扭矩傳感器電路圖正常鉆井情況下，鉆壓扭矩測量值相對平穩(wěn)，由單片機記錄存儲鉆井過程中的鉆壓扭矩值，用于起鉆回放后的鉆井過程分析當鉆壓扭矩測量值異常時，通過井下水力脈沖發(fā)生器將實時測量值傳送到地面監(jiān)控系統(tǒng)，供鉆井人員來決策參考。 傳感器平面展示正常鉆井情況下，鉆壓扭矩測量值相對平穩(wěn)，由單片機記錄存儲鉆井過程中的鉆壓扭矩值，用于起鉆回放后的鉆井過程分析當鉆壓扭矩測量值異常時，通過井下水力脈沖發(fā)生器將實時測量值傳送到地面監(jiān)控系統(tǒng)，供鉆井人員來決策參考。 PWM控制H形控制電路在控制方式上分雙極式、單極式、和受限單極式三種，本設計采用了雙極式可你的PWM控制電路。它是由四個大功率晶體管和四個續(xù)流二極管組成的，四個大功率管分為兩組，V1和V4一組，V2和V3為另一組。在基極驅(qū)動信號Ub1=Ub4，Ub2=Ub3=—Ub1的作用下，同一組中的兩個晶體管同時導通或同時斷開，兩組晶體管之間交替地輪流導通和截止。由于允許電流反向，所以雙極式工作時電樞電流始終是連續(xù)的。雙極式可逆PWM控制電路的可逆性由正、負脈沖電壓的寬窄而定。當正脈沖寬度大于周期的一半時，電樞兩端的平均電壓為正，電動機正轉(zhuǎn)；當小于周期一半時，平均電壓為負，電動機反轉(zhuǎn)；當?shù)扔谥芷谝话霑r，電動機停轉(zhuǎn)。 PWM控制電路第4章 軟件設計 測量CPU 程序入口地址：0000H外部中斷0入口：0003H定時器0中斷入口：000BH外部中斷1入口地址：0013H定時器中斷入口地址：001BH串行口中斷入口地址：0023H8255A口：（cs==0，A1A0==00）0000H~5FFCHB口：（cs==0，A1A0= =01）0001H~5FFDHC口：（cs==0，A1A0= =10）0002H~5FFEH控制口：（cs==0，A1A0= =11）0003H~5FFFHW29C040地址：6000H78FFHAD轉(zhuǎn)換地址：78FFH7FFFH 事物處理CPU 程序入口地址：0000H外部中斷0入口：0003H定時器0中斷入口：000BH外部中斷1入口地址：0013H定時器中斷入口地址：001BH串行口中斷入口地址：0023H打印機：6000H65FFHDS12887：65FFH72FFHLCD240128：文本區(qū)0000H2000H圖形區(qū)2000H6000H自定義字符區(qū)7800H7FFFH 開始各模塊初始化開中斷參數(shù)實時檢測讀取A/D轉(zhuǎn)換懸重是否為0當前大鉤在頂端嗎鉆桿數(shù)量加1 計算井的深度 顯示鉆井狀態(tài)給事務處理CPU通信在底端嗎鉆桿數(shù)量減1鉆壓扭矩值是否超限PWM電機調(diào)控計算鉆壓扭矩值YYNNYYN 流程圖程序開始對所有模塊進行初始化并定義變量，設定鉆壓和扭矩上下限值，開中斷，實時監(jiān)測所測量的3個參數(shù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機處理并判斷大鉤狀態(tài)和鉆壓扭矩是否超限，如果鉆桿數(shù)量增加1，就開始計算井的深度，如果鉆壓扭矩值超過上限，PWM控制電機轉(zhuǎn)速減緩，如果超過下限，PWM控制電機轉(zhuǎn)速加快，并實時顯示這三個參數(shù)的狀態(tài)，將測量的結果送給處理CPU。A/D轉(zhuǎn)換結果的讀進采用查詢方式。通過查詢MAX191的BUSY真?zhèn)€信號來判定轉(zhuǎn)換是否結束；12位的轉(zhuǎn)換結果需要兩次讀取，然后拼接成12位的結果。假如為了使外部干擾的影響減小可采用軟件濾波。對于信號一般來說是緩變的，可采用一階滯后濾波或中值均勻濾波等。 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 讀取鉆壓扭矩數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否超限否是 事務處理流程圖程序開始對所有模塊進行初始化并定義變量，檢測是否有測量CPU通信過來的信息，如果有的話就讀取三個參數(shù)的狀態(tài)，判斷井深測量值是否比上次測量多1米并判斷鉆壓扭矩值是否超限，隨即顯示三個測量值，當需要打印時，能打印出結果。進入主程序后，DS12887首先進行初始化設置，若串行口有數(shù)據(jù)，最后則條用函數(shù)從日歷時鐘芯片獲取日歷時鐘信息，調(diào)用顯示函數(shù)顯示日歷時鐘信息顯示出來，重復進行。這部分包括DS12887某個單元寫、讀DS12887某個單元的內(nèi)容和DS12887設定時間。DS12887初始化 調(diào)用函數(shù)獲取時鐘信息 送數(shù)據(jù)顯示 開始 DS12887流程圖顯示程序首先判斷信息是否已被采集；若無則等待或處理其它程序；然后判斷行號是否大于8，若大于8則清28行，保留第一行，設置行號等于2；然后根據(jù)狀態(tài)信號判斷采集到的數(shù)據(jù)是對應于哪一種狀態(tài)做相應處理，各種工作狀態(tài)時對應的文字信息如“正向運行”等應在編程時就存入其對應的區(qū)位碼，程序運行通過查表得具體工作狀況時的文字信息對應的區(qū)位碼。漢字和數(shù)據(jù)顯示子程序是主程序的重要部分,它們要解決的關鍵問題是在得到漢字的區(qū)位碼后到存儲器中哪個位置去找到字符的點陣字模數(shù)據(jù),以及正確給出每個字節(jié)點陣字模數(shù)據(jù)應送到的緩沖器地址,使?jié)h字在屏上對應位置顯示。CLLECT=1 COLLECT=0行號+18?清28行；行號 根據(jù)行號查表得顯示位置的起始地址 STATEamp。0FH=STATE STATE=00查表得“正向運行”兩個字的區(qū)位調(diào)漢字顯示子程序 計算第一個參數(shù)顯示位置的地址 調(diào)數(shù)據(jù)顯示子程序 計算第二個參數(shù)顯示位置的地址 調(diào)數(shù)據(jù)顯示子程序STATE=01HSTATE=06HYNNY LCD240128A流程圖鍵盤的操作，無論是案件或鍵盤都是利用機械觸點的合、斷作用。由于機械觸點的彈性作用，在閉合及斷開瞬間均有抖動過程，會出現(xiàn)一系列負脈沖。抖動時間的長短，與開關的機械特性有關，一般為5~10ms。案件的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒的時間。為了保證CPU對鍵的一次閉合，僅做一次鍵輸入處理，必須去除抖動影響。通常去除抖動影響的措施有硬、軟件兩種，這里所采用的是軟件措施，采用軟件去除抖動影響的辦法是：檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一個10ms的延時程序后，再確認該鍵點評是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則可確認確實有鍵按下，從而消除了抖動的影響。按鍵子程序入口S1鍵是否按下S2鍵是否按下S3鍵是否按下S4鍵是否按下YNNNNYYY延時10ms消抖延時10ms消抖延時10ms消抖延時10ms消抖S1鍵是否按下S2鍵是否按下S3鍵是否按下S4鍵是否按下YNNNNYY執(zhí)行S1按鍵程序執(zhí)行S2按鍵程序執(zhí)行S3按鍵程序執(zhí)行S4按鍵程序S1鍵是否釋放S2鍵是否釋放S3鍵是否釋放S4鍵是否釋放YNYYYNNNY 鍵盤流程圖AT89S52單片機具有多機通信功能。串行口工作在方式方式3均可實現(xiàn)通信。串行控制寄存器SCON中的SM2和TBRB8相配合可以完成主從式多機通信。主從式多機通信中，一臺是主機，其余為從機，從機要服從主機的調(diào)度和支配．多機通信協(xié)議：1)所有從機的SM2=1，處于只接收地址幀的狀態(tài)。東南大學工程碩士學位論文2)主機向從機發(fā)送一幀地址信息，其中包括8位地址，且第9位為l，表示發(fā)送的是地址，中斷所有從機。3)從機接收。在多機通信時，一個為主機，其他為從機，所有從機的SM2都必需置1。主機首先發(fā)送一幀地址數(shù)據(jù)，中斷所有從機。從機接收到地址后，判斷主機發(fā)送地址是否為本機地址，若是本機地址，則將SM2清零，進入正式通信狀態(tài)，把本機的地址發(fā)送回主機作為應答信號，然后開始接收主機發(fā)來的數(shù)據(jù)或命令信息。其他從機由于地址不符，其SM2=l保持不變，不與主機通信，從中斷返回。中斷服務程序接受或發(fā)送接受地址或數(shù)據(jù)接受接收地址是否和本機一致令SM2=0、TB8=0回送地址一致信號接受是否結束Y接收校驗碼是否正確YN回送正確信號回送錯誤信號N接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)返回4)主機接收從機發(fā)回的應答地址信號后，與其發(fā)送的地址信息進行比較，如果相符，則使TBS=O，正式發(fā)送數(shù)據(jù)；如果不符，則發(fā)送錯誤信息。5)通信的各機之間必須以相同的幀格式及波特率進行通信W29C040為32腳DIP封裝芯片，工作電壓為5V，內(nèi)部512K8位的快速閃存，它的結構為256字節(jié)為一頁，沒頁的擦寫時間為5ms，整片擦除時間為50ms。 去掉寫保護流程圖 片擦除流程圖將數(shù)據(jù)“AA”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“55”寫入地址“2AAA”中將數(shù)據(jù)“80”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“AA”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“55”寫入地址“2AAA”中將數(shù)據(jù)“20”寫入地址“5555”中 等待10ms 退出將數(shù)據(jù)“AA”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“55”寫入地址“2AAA”中將數(shù)據(jù)“80”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“AA”寫入地址“5555”中將數(shù)據(jù)“55”寫入地址“2AAA”中將數(shù)據(jù)“10”寫入地址“5555”中 等待50ms 退出