【正文】 ......................................................21 跑馬燈程序流程 ..................................................................................................................21 跑馬燈說(shuō)明與仿真 ..............................................................................................................21 5 調(diào)試與仿真 ..............................................................................................................................22 proteus 簡(jiǎn)介 ............................................................................................................................22 proteus 仿真結(jié)果 .....................................................................................................................22 6 總結(jié) .........................................................................................................................................27 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................28 致 謝 .........................................................................................................................................29 附 錄Ⅰ：電路原理圖 ................................................................................................................30 附 錄Ⅱ：源程序 .......................................................................................................................31 3 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 38 頁(yè) 1 緒論 研究目的及意義 隨著 現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展 和全球化 趨勢(shì) 的 加強(qiáng) ，世界 對(duì)資源的需求 在 不斷增加，作為目前 最重要的能源之一 石油，為 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步提供了動(dòng)力。相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)石油工藝水平、 生產(chǎn)技術(shù)手段及管道運(yùn)輸起步較晚，自動(dòng)化管 理水平較低。其任務(wù)是 提供 油流一定的能 量 （包括壓力能、熱力能），以使油品保質(zhì)保量、安全經(jīng)濟(jì)的輸送到目的地。目前國(guó)內(nèi) 主要使用 傳統(tǒng)的人工定期巡檢、巡查的方式 對(duì)輸油管道進(jìn)行 監(jiān)測(cè) ，導(dǎo)致在具體實(shí)施的過(guò)程中存在著較大的誤差，監(jiān)測(cè)流程復(fù)雜，監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)費(fèi)用高等很 多缺點(diǎn)，在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上 都不能適應(yīng)管道監(jiān) 測(cè)的自動(dòng)化、信息化發(fā)展的要求。由于輸油 管道分布范圍廣而且數(shù)量多， 人工監(jiān)測(cè)方式必定會(huì)使人員勞動(dòng)強(qiáng)度加重，并且影響了輸油管道數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，給輸油管道的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)帶來(lái)了許 多不便。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)管道自動(dòng)化隨著輸送工藝、計(jì)算機(jī)應(yīng)用 、通信技術(shù)、自控技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)由低級(jí)向高級(jí)的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及自行設(shè)計(jì)改造等方式，使我國(guó)輸油管道自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)逐步提高，縮短了與國(guó)外的差距。新建的管道，如撫順 —— 營(yíng)口成品油管道、輪南 —— 庫(kù)爾勒輸油管道及復(fù)線、庫(kù)爾勒 —— 部善輸油管道等均采用 SCADA 系統(tǒng)，管道自動(dòng)化控制系統(tǒng)與管道同步投產(chǎn)。 目前我 國(guó)自行研制成功 5000kW微機(jī)控制直接式原油加熱爐，接近國(guó)際先進(jìn)水平，加熱爐效達(dá) 91%。最大加熱能力已達(dá) 8000kW。目前我國(guó)已掌握了國(guó)際上通用的常溫輸送、加熱輸送、加劑輸送、順序輸送、間歇輸送及密閉輸送等各種先進(jìn)的管輸工藝。同時(shí)輸送工藝的進(jìn)步也對(duì) 設(shè)備材料的制造提出了更高的要求， 通過(guò)不斷的摸索與實(shí)踐，使我國(guó)在埋地金屬管道和儲(chǔ)罐的防腐保溫、陰極保護(hù)和腐蝕探測(cè)等研究領(lǐng)域也接近國(guó)際水平 [1]。針對(duì)現(xiàn)役管道輸量逐年下降，稠油開采日益增多，以提高管道運(yùn)行安全性、節(jié)能降耗為目的的各種新技術(shù)、組合工藝的研究日益成為熱點(diǎn)，象物理場(chǎng)處理 (磁處理、振動(dòng)降粘 )、水輸 (液環(huán)、懸浮、乳化 )、器輸 (滑箱、膜袋 )、充氣降粘 (充飽和氣增加輸量 )、混輸和順序輸送等等多種工藝的研究，有些己進(jìn)入工業(yè)試驗(yàn)與短距離試輸階 段。 國(guó)外先進(jìn)的原油管道普遍采用密閉輸送工藝、高效加熱爐和節(jié)能型輸油泵 。對(duì)現(xiàn)役管道定期進(jìn)行安全檢測(cè)和完整性評(píng)價(jià)。 世界各國(guó)尤其是盛產(chǎn)含蠟粘性原油的大國(guó)，都在大力進(jìn)行長(zhǎng)距離管道常溫輸送工藝的試驗(yàn)研究。挪威、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)等石油工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在含蠟高粘原油流變性及其機(jī)理、管道蠟沉積預(yù)測(cè)等方面達(dá)到很高水平，并即將帶來(lái)應(yīng)用技術(shù)的新突破 [1]。硬件上要求各測(cè)控站點(diǎn)之間有遠(yuǎn)程傳感檢測(cè)裝置 ，如溫度傳感器壓力傳感器，而且要有遠(yuǎn)程控制裝置，如泵站的啟停、報(bào)警、加熱裝置等。 本 系統(tǒng)的研發(fā)主要包括了系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng) 的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，結(jié)合 現(xiàn)代 通信技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸油泵站的自動(dòng)控制和 無(wú)線監(jiān)測(cè) 。電位 精度達(dá)到 %，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，硬件設(shè)計(jì)工作主要包括： 中央處理器設(shè)計(jì) 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 、 LCD 液晶顯示 電路設(shè)計(jì) 、 時(shí)鐘 電路設(shè)計(jì)、 跑馬燈顯示 設(shè)計(jì) ； 在軟件方面則是利用單片機(jī)組成控制系統(tǒng)，編程實(shí)現(xiàn) 溫度、壓力的 數(shù)據(jù)輸入 、 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 及 液晶顯示等 功能。 （ 2） 環(huán)境溫度： 15～ +60 攝氏度。 （ 4） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。 （ 6） 可手動(dòng)設(shè)置數(shù)據(jù)。 系 統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 輸油泵站工作原理 油氣集輸是把油、氣田生產(chǎn)的原油和天然氣收集起來(lái)，通過(guò)計(jì)量、初加工（凈化、穩(wěn)定）和輸送的全過(guò)程。其任務(wù)是供給油流一定的能量（包括壓力能、熱力能），以使油品保質(zhì)保量、安全經(jīng)濟(jì)的輸送到目的地。 首站：是長(zhǎng)輸管線的 起始站。首站設(shè)有輸油機(jī)泵和加 熱裝置，還 設(shè)置較大容積的儲(chǔ)油罐，以滿足計(jì)量及調(diào)節(jié)來(lái)油與輸油間不平衡的需要。其主要任務(wù)是對(duì)所輸油品按工藝要求供給一定的能量，使油品繼續(xù)流動(dòng)。主要任務(wù)是接收輸油管線所輸?shù)娜坑推罚?jīng)過(guò)計(jì)量后將油儲(chǔ)存起來(lái)或直接把油品輸給用油單位，或以其它運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)運(yùn)給用戶。 系統(tǒng)硬件組成分為以下幾個(gè)部分： A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、時(shí)鐘電路、 報(bào)警電路、跑馬燈電路 、加熱加壓電路 、數(shù)據(jù)采集電路 及核心控制電路。采集的溫度和壓力 電位數(shù)據(jù)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(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(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度值和壓力值的調(diào)節(jié) 。 系統(tǒng)原理框圖如圖 1所示 ： 圖 1 系統(tǒng)組成的原理框圖 系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 單片機(jī)技術(shù) 隨著微電子科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)也得到快速發(fā)展，并且由 芯片的集成度的提高而使計(jì)算機(jī)微型化，出現(xiàn)了單片微型計(jì)算機(jī)（ Single Chip Computer），簡(jiǎn)稱單片機(jī)，也可稱為微控制器 MCU（ Micro controller Unit）。 單片機(jī)具有功能強(qiáng)，體積小，成本低，功耗小，配置靈活等特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制、智能儀表、技術(shù)改造、通信系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域以及家用電器、高級(jí)玩具、辦公自動(dòng)化設(shè)備等方面均得到應(yīng)用。主要有 Intel 公司的 MCS— 4 5 96 系 列單片機(jī)； Motorola 公司的 MC680 6805 系列單片機(jī)； Zilog 公司的 Z8 系列單片機(jī)；近年有 Atmel公司的 AT89 系列單片機(jī)和 Microchip 公司的 PIC 系列單片機(jī)等。 本設(shè)計(jì)采用的是 Atmel 公司開發(fā)的 AT89C51 單片機(jī) 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 傳感器技術(shù) 傳感器是 自動(dòng)化系統(tǒng)最基礎(chǔ)、最重要的組成部分之一，其可靠性和精度直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和性能。 對(duì)于 輸油 泵站 和輸油管道 自動(dòng) 控制 系統(tǒng)，從油田生產(chǎn)和實(shí)際需要的角度出發(fā) ，傳感器需要滿足以下要求： 可靠性。 準(zhǔn) 確性。 安全性。 溫度 傳感器 的選擇：一體化溫度變送器是將熱電阻或熱電偶檢測(cè)出的溫度或溫差，通過(guò)溫度變送電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 420mA 直流 電流信號(hào)或 15V 直流 電壓信號(hào)的溫 度檢測(cè)儀表。一體化溫度變送器 不需要經(jīng)過(guò)二次轉(zhuǎn)換，直接接入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行顯示和控制 [2]。正弦式壓力變送器由振弦、磁鐵、激振器、膜片及測(cè)頻電路組成，振弦式壓力傳感器依靠測(cè)量頻率來(lái)確定壓力，而頻率信號(hào)在傳輸過(guò)程中可以忽略導(dǎo)線電阻、電感、電容等的 影響，有較高的準(zhǔn)確度，精度可達(dá)到 級(jí)，可作為高精度壓力傳感器來(lái)用 [2]。 通信 技術(shù) 目前國(guó)內(nèi)油田油井?dāng)?shù)量較多且大部分處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，位置分散，環(huán)境惡劣， 距離很遠(yuǎn)。 隨著電子、計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是從新興的無(wú)線傳輸發(fā)展而來(lái)，具有低能耗，低成本，擴(kuò)展 性強(qiáng)，靈活度高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。主要應(yīng)用的領(lǐng)域包括：石油管道無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；工業(yè)遙測(cè)系統(tǒng)；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；安全設(shè)備無(wú)線監(jiān)控；城市管網(wǎng)壓力、溫度監(jiān)測(cè)；電力無(wú)線報(bào)警等。 由于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信高帶寬、高可靠性、低延時(shí)、低成本和使用方便等特點(diǎn)被廣泛使用在長(zhǎng)管道運(yùn)輸中。 輸油泵站和輸油線路的運(yùn)行參數(shù)可以更快更可靠的傳送到監(jiān)控中心 ， 從而可以以泵站監(jiān)控中心為平臺(tái)，依靠局部無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，全程、全天候、全方位的 對(duì)遠(yuǎn)距離故障點(diǎn)管道、設(shè)備搶維修技術(shù)支持，危險(xiǎn)點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策、精確指揮、經(jīng)濟(jì)節(jié)能降耗、生產(chǎn)高效運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，從而使企業(yè)管理運(yùn)行達(dá)到新的精細(xì)化高度 [3]。系統(tǒng)硬件電路包括以下幾個(gè)部分：以單片機(jī)為中央處理器、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、跑馬燈電路、液晶顯示電路、 時(shí) 鐘電路、 溫度傳感電路 和 加熱加壓電路。 中央處理電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能夠使單片機(jī)正常工作的最小系統(tǒng)。本 設(shè)計(jì)的輸油泵站機(jī)泵控制 系統(tǒng)的中央處理電路采用美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn) 的單片機(jī) AT89C51 來(lái)實(shí)現(xiàn)。與 MCS51系列產(chǎn)品指令系統(tǒng) 兼容。 （ 2） 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保存時(shí)間是 10年。 GND：接地。當(dāng) P0 接口的管腳第 1 次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 接 口作為原碼輸入 接 口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0接口 輸出原碼，此時(shí) P0接口 外部必須接上拉電阻。 P1 接 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 接 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2接 口： P2接 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 接 口， P2 接口緩沖器可接收、輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 接 口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P2 接 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口 接 輸出地址的高 8位。 P2接 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高 8位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3接 口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 接 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能 接 口，如下表所示： 接 口管腳 備選功能 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 38 頁(yè) RXD（串行輸入 接 口） TXD（串行輸出 接 口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（計(jì)時(shí)器 0 外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（ 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器讀選通） P3接 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻