【正文】 動通信在石化輸油沿線的應(yīng)用[J].(24):13[4] [M]. [5] [J].:9697[6] [J].,18(4):4751[7] [J].武漢::69[8] [M].北京::75151[9] [M].[10] [M].北京::5289.[11] 劉雪雪. 串行數(shù)據(jù)芯片的編程檢測方法[J].(2):13[12] [M].,2006:200220[13] [J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2005(5):34238[14] 戚愛華.“十二五”我國油氣管道運(yùn)輸發(fā)展趨勢分析[J].,4.[15] 趙文博 劉文濤. 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)(修訂版)[M].北京航空航天大學(xué)出版社 2008.[16] [17] [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，622655.[18] Martin .軟件設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行編寫，完成了程序的源代碼（如：主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、跑馬燈程序，液晶顯示程序）的編寫工作。該系統(tǒng)主要是以AT89C51單片機(jī)作為核心控制芯片，A/D轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，同時(shí)傳遞給單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并處理。通過硬件電路和軟件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作完成了系統(tǒng)所要求的功能。溫度高于50攝氏度跑馬燈停止運(yùn)行蜂鳴器報(bào)警警報(bào)燈亮儲油罐停止儲油停止加熱LCD顯示當(dāng)前溫度6 總結(jié)至此，本次所設(shè)計(jì)的輸油泵站機(jī)泵控制系統(tǒng)已經(jīng)完成，該設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)包括：中央處理器、A/D轉(zhuǎn)換電路、跑馬燈電路、液晶顯示電路等。圖23 系統(tǒng)高溫圖當(dāng)溫度高于50攝氏度時(shí)，系統(tǒng)高溫報(bào)警，啟動蜂鳴器和紅色報(bào)警燈，油路停止運(yùn)行，加熱電路停止加熱。壓力高于20MPa跑馬燈停止運(yùn)行蜂鳴器報(bào)警警報(bào)燈亮儲油罐停止儲油開始減壓LCD顯示當(dāng)前壓力圖21 系統(tǒng)高壓圖圖21 系統(tǒng)高壓圖圖22 系統(tǒng)低溫圖當(dāng)溫度低于30攝氏度時(shí)，系統(tǒng)低溫報(bào)警，啟動蜂鳴器和紅色報(bào)警燈，油路停止運(yùn)行，溫度低于30攝氏度跑馬燈停止運(yùn)行蜂鳴器報(bào)警警報(bào)燈亮儲油罐停止儲油開始加熱LCD顯示當(dāng)前溫度加熱電路開始加熱。壓力低于5MPa跑馬燈停止運(yùn)行蜂鳴器報(bào)警警報(bào)燈亮儲油罐停止儲油開始加壓LCD顯示當(dāng)前壓力圖20 系統(tǒng)低壓圖當(dāng)壓力高于20MPa時(shí)，系統(tǒng)高壓報(bào)警，啟動蜂鳴器和紅色報(bào)警燈，油路停止運(yùn)行，減壓電路開始減壓。當(dāng)壓力低于5MPa時(shí)，系統(tǒng)低壓報(bào)警，啟動蜂鳴器和紅色報(bào)警燈，油路停止運(yùn)行，加壓電路開始加壓。（5） 應(yīng)用特殊模型的DLL界面提供有關(guān)元件庫的全部文件。（3） 強(qiáng)大的調(diào)試工具,包括寄存器和存儲器,斷點(diǎn)和單步模式。Proteus 主要特征：（1） 支持許多通用的微控制器,如 ARM,PIC,AVR,以及8051。PROSPICE 仿真器的一個(gè)擴(kuò)展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。功能模塊:—個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS 原理布圖工具，PROSPICE 混合模型SPICE 仿真。在不需要硬件設(shè)備投入的情況下，Proteus 軟件可以建立完整的電子學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境，縮短研發(fā)周期，且降低開發(fā)成本。圖19 跑馬燈程序流程圖5 調(diào)試與仿真 proteus簡介Proteus 軟件是英國Labcenter electronics 公司的EDA 工具軟件，Proteus 軟件有近20年的歷史，在全球廣泛使用。第一行為首站的壓力值和溫度值，第二行為中間站的壓力值和溫度值。調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度值：如圖15，按下“減一”按鈕，管道內(nèi)溫度減少1攝氏度，按下“加一”按鈕，管道內(nèi)溫度增加1攝氏度。調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力值：如圖14，按下“減一”按鈕，管道內(nèi)壓力減少1MPa，按下“加一”按鈕，管道內(nèi)壓力增加1MPa。根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求以及硬件電路原理，按照硬件連接和各個(gè)模塊芯片的特性以及功能實(shí)現(xiàn)要求，本系統(tǒng)的主要流程包括：系統(tǒng)初始化、A/D轉(zhuǎn)換、LCD顯示。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫，模塊化程序設(shè)計(jì)，大致可分為單片機(jī)主程序、顯示程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、跑馬燈程序等，與硬件電路配合實(shí)現(xiàn)各種功能，使系統(tǒng)完全符合本設(shè)計(jì)的要求。2接口:數(shù)字 信號輸入輸出。DSl820的測量范圍從55到+125，可在ls內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個(gè)DSl820可以存放在同一條單線總線上。信息經(jīng)過單線接口送入DSl820或從DSl820送出，因此從主機(jī)CPU到DSl820僅需一條線(和地線)。本充電器就是采用4位數(shù)據(jù)傳送方式。D0～D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。E：LCD模塊使能信號控制端。R/W：讀寫控制端。RS：MCU寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。VEE：LCD對比度調(diào)節(jié)端，電壓調(diào)節(jié)范圍為0～5V。（4） 模塊最佳工作電壓：。（2） 芯片工作電壓：。自動完成此功能。液晶顯示芯片LM016L：LM016L是16字2行的字符型液晶。本次設(shè)計(jì)選擇液晶顯示器。圖9 跑馬燈電路圖 液晶顯示電路設(shè)計(jì)液晶顯示器具有液體的流動性和晶體的某些光學(xué)特性，它本身不發(fā)光，而只是調(diào)制環(huán)境光，越是亮的地方顯示越清晰，黑暗中不能顯示。各輸出為低電平時(shí)，當(dāng)共陽極的LED燈為高電平時(shí)，相應(yīng)的燈亮。任選一個(gè)低有效使能輸入端作為數(shù)據(jù)輸入，而把其余的使能輸入端作為選通端，則74HC138亦可充當(dāng)一個(gè)8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。除了把E1和E2置低并且E3置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入，并當(dāng)使能時(shí)，提供8個(gè)互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端開始使用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。在第3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。 單片機(jī)對ADC0832的控制原理ADC0832 與單片機(jī)的接口使用四條數(shù)據(jù)線，分別是CS口、CLK口、DO口、DI口。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。VCC/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。GND：芯片參考0電位（地）。CH0：模擬輸入通道0。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。圖5 系統(tǒng)時(shí)鐘電路圖 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832A/D轉(zhuǎn)換的過程是模擬信號依次通過取樣、保持和量化、編碼幾個(gè)過程后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。本設(shè)計(jì)中，對外接電容CC2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、振蕩的難易程度和溫度穩(wěn)定性，故CC2的電容值可選為33pf。AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該反相放大器輸入端和輸出端，這個(gè)放大器與作為反饋的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器。如果頻率降低，可以適當(dāng)加大電容C10。若VCC上升時(shí)間小于20ms，那么從上電時(shí)間算起，只要保持RST引腳在高電平停留時(shí)間不小于20ms即可。所需高電平時(shí)間的長短與VCC上升時(shí)間和振蕩器起振時(shí)間有關(guān)。因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰豢赏蛔?，在上電的瞬間，電容通過電阻充電，就在復(fù)位端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平。 復(fù)位電路系統(tǒng)在啟動運(yùn)行時(shí)都要復(fù)位，使中央處理器和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作。P2接口：P2接口與溫度傳感器、加熱加壓模塊和報(bào)警器連接，當(dāng)溫度高于或低于設(shè)置溫度時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警并啟動加熱加壓模塊。 AT89C52引腳接口電路P0接口：通過譯碼器與LCD連接顯示外部輸入的當(dāng)前壓力值和溫度值。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。加密方式1時(shí)，/EA都將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3接口將輸出電流（ILL）。P3接口：P3接口管腳是八個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。在給出地址“1”時(shí)，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2接口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。并因此作為輸入時(shí)，P2接口的管腳被外部拉低，輸出電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1接口作為低8位地址接收。P1接口：P1接口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1接口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P0接口能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可被定義為數(shù)據(jù)、地址的低8位。P0接口：P0接口是一個(gè)8位開路雙向I/O接口，每腳可吸收8TTL門電流。（3） 4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash存儲器（4） 三級可加密程序存儲器（5） 1288字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存儲器（6） 32個(gè)可編程I/O口線（7） 兩組16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器（8） 六個(gè)中斷源（9） 可編程串行通道（10） 低功耗的掉電和閑置模式（11） 片內(nèi)部振蕩器和時(shí)鐘電路圖3 AT89C51引腳圖單片機(jī)AT89C51引腳如圖3所示，AT89C51引腳功能說明：VCC：供電。其主要功能特性：（1） 存儲器可寫入、擦除1000次。 中央處理器電路核心芯片中央處理電路是以AT89C51為核心芯片，AT89C51是一種附帶4K字節(jié)可編程、可擦除的只讀存儲器CMOS8位微處理器。單片機(jī)是將中央處理器、只讀存儲器（ROM）、隨機(jī)存儲器（RAM）、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要器件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。詳細(xì)闡明芯片的選擇比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)、外圍電路及其接口電路，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。圖2 輸油泵站通信示意圖3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹硬件電路的設(shè)計(jì)。LTE是目前快速發(fā)展的4G移動網(wǎng)絡(luò)，LTE實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的減少、更高的數(shù)據(jù)速率、系統(tǒng)容量和覆蓋。無線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方式主要有移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信、微波通信和衛(wèi)星通信三種。無線數(shù)據(jù)采集要將惡劣，復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下的采集量完整的采集，還要將采集到的數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端的控制室。通過專門的通訊電纜線或者是利用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，這些方法傳輸距離有限，成本也比較高。本設(shè)計(jì)中為了仿真需要，使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器代替一體化溫度變送器；使用滑動變阻器和ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器代替振弦式壓力變送器。壓力傳感器的選擇：振弦式壓力變送器利用諧振元件(振弦)隨壓力變化改變其固有頻率的特性來測量壓力。現(xiàn)在已利用集成電路技術(shù)，將變送電路做成小型模塊，安裝在鉑電阻或熱電阻的接線盒內(nèi)，直接安裝在現(xiàn)場，這樣可以最大限度地減少線路電阻的影響，從而獲得較高的精確度，安裝和使用十分方便。系統(tǒng)采用防爆結(jié)構(gòu)，保證不因系統(tǒng)問題而導(dǎo)致事故[2]。主要參數(shù)(壓力、溫度等)％；%FS；采集誤差不高于1/10000。傳感器要具有較強(qiáng)的防爆、防水、防磁、抗震和耐高、低溫特性；傳感器超量程不損壞；設(shè)備在正常使用情況下，主要部件平均無故障時(shí)間大于1年，使用壽命不小于10年；自動控制機(jī)構(gòu)誤動作發(fā)生率不高于1/10000。正確地選擇、合理地使用傳感器，對設(shè)計(jì)自動化系統(tǒng)具有重要意義。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。各種系列的單片機(jī)由于其內(nèi)部功能、單元組成及指令系統(tǒng)的不盡相同，形成了各具特色的系列產(chǎn)品。從1976年9月Intel公司推出MCS—48系列單片機(jī)以來，世界上的一些著名的器件公司都紛紛推出各自系列的單片機(jī)產(chǎn)品。單片機(jī)，即集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，集成了中央處理器CPU（Central Processing Unit）、隨機(jī)存儲器RAM（Random Access Memory）、只讀存儲器（Read Only Memory）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以