【正文】 防止死機(jī) 41 42 42 判斷工作表 45 46第6章 結(jié)束語 47致謝 48第1章 緒論 石油是一個(gè)國(guó)家的命脈，石油產(chǎn)業(yè)的興衰直接影響到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)。在油藏工程中的許多方面，可靠的地下油藏資料都是十分重要的：油藏工程師必須掌握大量的油藏?cái)?shù)據(jù)資料，才能準(zhǔn)確的分析油藏動(dòng)態(tài)和預(yù)測(cè)各種開采方式下的生產(chǎn)趨勢(shì)；菜油工程師也要了解生產(chǎn)井和注入井生產(chǎn)條件才能在油藏最佳動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行開采。 不穩(wěn)定試井方法，例如，壓力恢復(fù)、降壓、注入能力測(cè)試等等，都是油藏工程和采油工程的一個(gè)重要方面。通過測(cè)量得到的壓力值，可以用來估算出巖石、流體和井的特性參數(shù)，其有助于用來分析、改進(jìn)和預(yù)測(cè)油藏動(dòng)態(tài)。從中可以看到，這種方法的關(guān)鍵的技術(shù)資料就是測(cè)量得到的精確的壓力值。 井下壓力、溫度測(cè)量?jī)x的研究概況 目前，國(guó)外的井下測(cè)壓技術(shù)發(fā)展的十分迅速，主要測(cè)量?jī)x器為存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)。. 但由于此類傳統(tǒng)壓力計(jì)大多有著直徑寬，體積大等諸多不利因素，造成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試?yán)щy，費(fèi)用高、成本高，因而急需一種直徑小、精度高、工作時(shí)間長(zhǎng)的新型壓力計(jì)。我們的微型堵塞器型壓力計(jì)就是在這種形勢(shì)下研制出來的新型產(chǎn)品。因而極利于注水井的壓力溫度測(cè)試，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了人力、財(cái)力。而且，溫度本事對(duì)于試井也有著極大的意義。2） 溫度量程寬，這意味著可以用來測(cè)量更深的井，增大了使用范圍。4） 體積小，克服了傳統(tǒng)大直徑壓力計(jì)存在的弊端，給現(xiàn)場(chǎng)的使用帶來了方便，節(jié)省了人力財(cái)力。 總體設(shè)計(jì)方案 井下存儲(chǔ)式壓力計(jì)不需要傳輸電纜，利用電池供電。這就要求硬件部分要有著低功耗的特點(diǎn)，否則儀器無法在地下工作十幾個(gè)月。 整個(gè)儀器將工作在幾千米的地下，必須可耐125℃的高溫。一般民用元件耐溫在0—+70℃之間，根本無法滿足設(shè)計(jì)要求，其實(shí)工業(yè)級(jí)的元件也只能耐溫在40℃—+80℃之間，所以要達(dá)到指標(biāo)要求，必須采用軍品元件并進(jìn)行高溫篩選以得到耐高溫元件。 為了達(dá)到大容量的存儲(chǔ)空間，我們可以采用單片大容量存儲(chǔ)器或多片小容量存儲(chǔ)器。但無論采用哪種方式，適當(dāng)?shù)牟捎靡恍?shù)據(jù)壓縮算法都是應(yīng)該的。 系統(tǒng)工作原理 壓力計(jì)進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)定以及在測(cè)量完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)回放時(shí)，地面系統(tǒng)框圖如下所示： 打印機(jī) 堵塞器壓力計(jì)打印機(jī)線PC 機(jī)專用通信線 圖 在工作前，需要通過專用通訊線，用隨機(jī)配制的系統(tǒng)軟件進(jìn)行壓力計(jì)的初始化，設(shè)置各項(xiàng)工作參數(shù)（時(shí)間表和工作表）。然后壓力計(jì)電路進(jìn)入低功耗狀態(tài)，此時(shí)消耗電流只有6uA，等待下一次采樣開始。儀器工作結(jié)束后，重新接上專用通訊線，在上位機(jī)上運(yùn)行隨機(jī)配制的系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并可以根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、繪圖等操作。溫度、壓力傳感器一般可以分成兩類：模擬傳感器、石英晶體傳感器。此外模擬傳感器的體積很小，因此符合本次小直徑壓力計(jì)的設(shè)計(jì)目的。通過對(duì)眾多廠家的壓力傳感器的比較選擇，我們最終選擇瑞典KELLER公司的壓阻式壓力傳感器。%的KELLR1型壓力傳感器?！?，滿足了本次設(shè)計(jì)要求?？梢哉f，新一代單片機(jī)技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一就是串行總線的推出。而由于并行總線擴(kuò)展時(shí)連線過多，外圍器件工作方式各異，外圍器件與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器混合編址等，都給單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來較大困難。新一代單片機(jī)中，除了必須的儲(chǔ)存器擴(kuò)展要用到并行接口之外，其他外圍器件都可以通過串行方法進(jìn)行擴(kuò)展。 SK MOSI SPI MISO CSI主機(jī)端 CS2 CS3SK SPISI 從機(jī)SOCSSK SPISI 從機(jī)SOCSSK SPISI 從機(jī)SOCS 單主機(jī)SPI串行擴(kuò)展電路 ，因而數(shù)據(jù)送軟件十分簡(jiǎn)單，省去了從器件的地址選擇，但在擴(kuò)展器件較多時(shí)，連線不會(huì)簡(jiǎn)潔。在口線數(shù)目一定的情況下，從器件的數(shù)量會(huì)得到限制（與后面的I2C總線技術(shù)比較）；反之，如果要增大從器件數(shù)目，無疑增加額外的I/O口擴(kuò)展器件，又增大了系統(tǒng)的功耗 b）串行通訊接口MICROWIRE/PLUSSI為串行數(shù)據(jù)輸入；SO為串行數(shù)據(jù)輸出；SK為串行移位時(shí)鐘。 C） I2C串行擴(kuò)展總線 I2C與SPI、MICROWIRE/PLUS接口不同，它以兩根連線實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送。按照I2C總線規(guī)范，總線傳輸中的所有狀態(tài)都生成相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)碼，系統(tǒng)中的主機(jī)能夠依照這些狀態(tài)碼自動(dòng)的進(jìn)行總線管理，用戶只要在程序中裝入這些標(biāo)準(zhǔn)處理模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)操作要求完成I2C總線的初始化，啟動(dòng)I2C總線就能自動(dòng)完成規(guī)定的數(shù)據(jù)傳送操作。因此，我們?cè)谙到y(tǒng)中采用新一代單片機(jī)總線技術(shù)——串行總線。 要完成的工作 本次設(shè)計(jì)的主要工作有結(jié)合工藝進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、標(biāo)定試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)下井試驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)回放分析等。標(biāo)定中心采用加拿大先鋒石油技術(shù)裝備有限公司提供的全自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)。精度高，操作簡(jiǎn)單，標(biāo)定范圍大，效率高。在以后的各章里，本論文將在此基礎(chǔ)上，就系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)容錯(cuò)，數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)回歸各方面做進(jìn)一步討論。在本章中，我們將詳細(xì)介紹壓力計(jì)的硬件組成及功能實(shí)現(xiàn)。其中測(cè)量部分由傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換器組成；計(jì)算部分有單片機(jī)構(gòu)成；存儲(chǔ)部分由24C1024組成；電源控制采用MAX619集成芯片；時(shí)鐘用DS1629；系統(tǒng)監(jiān)控用MAX6315。為了提高測(cè)量精度，這里選用美國(guó)Analog推出的具有24位精度的轉(zhuǎn)換器AD7710。它具有兩路差模輸入，1—128八檔程控增益放大器，程控低通濾波器等特點(diǎn)，能完成24位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換頻率為10—1000赫茲?！?，測(cè)溫度范圍是55～125℃，并且具有可編程、寬電壓、低功耗等特性，特別適合于電池供電系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)傳輸采用I2C總線技術(shù)。時(shí)鐘/日歷單元提供秒、分、小時(shí)、星期、天、月、年單元。DS1629提供12或24小時(shí)模式，在12小時(shí)模式下提供AM/PM位。使用者可以設(shè)定報(bào)警情況（只有時(shí)間、只有溫度、或是不報(bào)警）。DS1629提供了32字節(jié)的SRAM，因?yàn)槠洳幌拗谱x寫次數(shù)，我們將浮動(dòng)工作表存在其中。 引腳功能如下： SDA、SCL：I2C總線數(shù)據(jù)線及地址線 ALRM： 溫度、時(shí)間報(bào)警輸出端 XX2： OSC： 晶振輸出端 DS1629封裝圖 3） ，采用SO20表貼封裝，具有低功耗的特點(diǎn)。可用于低功耗通訊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，它具有頁寫功能，一次頁寫最大字節(jié)數(shù)可達(dá)256字節(jié)，在讀取數(shù)據(jù)方面，其可以按字節(jié)讀也可以采用連續(xù)讀的方式。本機(jī)選用24C256的主要原因是其低功耗和小體積。 引腳功能如下：AO：片選地址SDA：串行數(shù)據(jù)總線SCL: 串行地址總線WP： 寫保護(hù)端當(dāng)WP端為高電平時(shí)，24C1024只允許讀操作，當(dāng)其為低電平或懸空時(shí)，24C1024允許讀寫操作。 24C1024封裝圖 5），而整個(gè)系統(tǒng)需要+5V的供電電源，因此需要直流變換器升壓至5V。MAXIM公司研制的可調(diào)節(jié)5V充電泵直流變換器MAX619，由2節(jié)電池（2～）輸入，就可轉(zhuǎn)換成5V177。并且它的外圍元件極少，即可把整個(gè)的MAX619及外圍元件裝下。變換器自身最大耗電為150uA，帶有可關(guān)斷功能。有雙列直插（DIP28P）和SO軟封裝形式，能適應(yīng)各種需直流變換的場(chǎng)合。內(nèi)部充電泵和外部濾波電容保證5V的輸出。4%范圍內(nèi)。50 / 50 MAX619輸入2～（2節(jié)電池）電壓，可提供5V輸出。當(dāng)輸出電勢(shì)有下降趨勢(shì)時(shí)，充電泵受脈動(dòng)控制，使電壓保持在5V177。當(dāng)ON/OFF為邏輯高電平時(shí)，MAX619就處于輸出關(guān)斷狀態(tài)，充電泵開關(guān)停止工作，輸出為0V。 MAX619典型應(yīng)用電路 充電電容C1和C2的參數(shù)選擇：C1和C2充電泵電容是關(guān)鍵元件，它的電容值保證輸出電壓和輸出電流的穩(wěn)定。所以，選擇電容值不宜太小和太大，而且，應(yīng)選用陶瓷和鉭電容。 工作原理 本系統(tǒng)為存儲(chǔ)式壓力計(jì)，其采用斷電工作方式：即依照工作表（時(shí)間表）在特定時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)，而在其它時(shí)間卻處于斷電狀態(tài)（只有時(shí)鐘工作）。 第一章中已經(jīng)介紹過，壓力傳感器采用KELLR1型壓阻式傳感器，其量程為0100Mpa，輸出為0600mV。壓力測(cè)量的原理如如下： 。當(dāng)MODE為高電平時(shí)，則SCLK引腳輸出串行時(shí)鐘脈沖，器件狀態(tài)為內(nèi)時(shí)鐘模式；當(dāng)MODE為低電平時(shí)，則為外時(shí)鐘模式，SCLK為輸入端。如主時(shí)鐘信號(hào)為CMOS兼容時(shí)鐘，則直接從該引腳饋入。主時(shí)鐘為石英晶體時(shí)，石英晶體聯(lián)接在XIN和XOU T之間。低電平時(shí)，對(duì)控制寄存器進(jìn)行讀和寫，高電平時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)寄存器和校準(zhǔn)寄存器的存取。（7）腳AINI（+）：通道1的正模擬輸入。（9）腳AIN2（+）：通道2的正模擬輸入。（11）腳VSS：負(fù)模擬電源。單電源工作時(shí)，該端與地（A GND）短接。（13）腳VBIAS：偏置電壓輸入。（15）腳REF IN（+）：正的參考電壓輸入端。（17）腳IOU T：補(bǔ)償電流輸出端。（18）腳AGND：模擬地。在脈沖下降沿后串行數(shù)據(jù)有效。（21）腳DRD Y：邏輯輸出，低電平有效，下降沿觸發(fā)。（23）腳DVDD：數(shù)字電源，+5V。另外DVDD必須小于或等于AVDD。 AD7710以一定的速率對(duì)壓力差模輸入信號(hào)（0—600mV）進(jìn)行連續(xù)采樣，采樣速率由主時(shí)鐘f CLKIN決定。該序列經(jīng)數(shù)字濾波器處理后以濾波器一階陷波頻率確定的速率更新21位的輸出寄存器，寄存器中的數(shù)據(jù)可從雙向串行口采用同步內(nèi)時(shí)鐘或同步外時(shí)鐘方式隨機(jī)讀取，或者以輸出寄存器更新速率周期地讀取。 外部時(shí)鐘模式讀寫AD7710時(shí)序 AD7710內(nèi)部具有自校準(zhǔn)、系統(tǒng)校準(zhǔn)和背景校準(zhǔn)等功能。這些校準(zhǔn)均由微控制器的軟件來實(shí)現(xiàn)。因此，過采樣∑—△A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：① 采用一位編碼技術(shù)，故模擬電路少；② ADC前面抗混（模擬低通）濾波器設(shè)計(jì)容易；③ 提高信噪比。 溫度測(cè)量部分 系統(tǒng)測(cè)溫傳感器采用數(shù)字溫度傳感器DS1629。2℃，然而采取擴(kuò)展讀后，其測(cè)量井度可達(dá)到177。DS1629出廠時(shí)設(shè)定為一上電即開始連續(xù)測(cè)量溫度，即連續(xù)轉(zhuǎn)換方式。由于DS1629的溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換速度很快，而且在連續(xù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換模式下DS1629的功耗增加，如果讓其在整個(gè)壓力計(jì)的采樣時(shí)間內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換，則必然增加系統(tǒng)的功耗。 DS1629芯片提供I2C協(xié)議接口，與CPU之間接口簡(jiǎn)單方便。 T=+式（21） 實(shí)驗(yàn)證明，選取DS1629進(jìn)行測(cè)溫并通過擴(kuò)展讀的方法，溫度精度達(dá)到了177。 電源控制部分 由單節(jié)電池，升壓片MAX619，模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)MAX4624以及電源監(jiān)控芯片MAX6315構(gòu)成的電源部分，起到了對(duì)電源的開關(guān)控制。為了能夠長(zhǎng)時(shí)間井下采集要求，要求系統(tǒng)功耗要小。在此方式下，MAX619只在工作表所指定的時(shí)間點(diǎn)為儀器供電，其余時(shí)間只為定時(shí)器供電，其余元器件處于斷電方式。電源控制電路見下圖所示。其中V2給系統(tǒng)供電，V1給時(shí)鐘DS1629供電。待采樣結(jié)束后，因此MAX4624的控制腳IN1變?yōu)楦唠娖健５藭r(shí)V1=，因此時(shí)鐘時(shí)刻有電，保證了時(shí)間的準(zhǔn)確性。 存儲(chǔ)部位 本儀器采用24C1024作為存儲(chǔ)元件。系統(tǒng)要求存儲(chǔ)容量在1M位，所以共用1片24C1024。為防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)要求一次只有一片可以寫入。對(duì)于另一部分控制數(shù)據(jù)區(qū)，