畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：大慶石油學(xué)院本科生

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的常規(guī)控制系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)和螺桿泵的日常采樣測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)。</p><p>　　螺桿泵因?yàn)樗墓ぷ鞣€(wěn)定，效率高，維護(hù)費(fèi)用低以及適合稠油開(kāi)采和含砂開(kāi)采，從而越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到油田上。但是，還缺少一套數(shù)據(jù)采集設(shè)備，缺少一個(gè)提供工作參數(shù)的設(shè)備。本設(shè)計(jì)就是為了適應(yīng)這個(gè)情況，研制的一種簡(jiǎn)

2、便實(shí)用的螺桿泵油井控制及檢測(cè)裝置。設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分：控制部分、檢測(cè)部分和控制箱部分?？刂撇糠帜軐?shí)現(xiàn)過(guò)載、欠壓保護(hù)，能實(shí)現(xiàn)瞬起瞬停以及電網(wǎng)斷電后能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)延時(shí)啟動(dòng)?？刂撇糠衷O(shè)計(jì)兩個(gè)檔位：人工手動(dòng)測(cè)檔和自動(dòng)檔。檢測(cè)部分能夠利用單片機(jī)對(duì)工作電機(jī)參數(shù)采樣，并且能處理數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)的時(shí)間為7天。有一個(gè)與計(jì)算機(jī)通訊的串口輸出數(shù)據(jù)和一個(gè)顯示器接口連接顯示器?？刂乒裨O(shè)計(jì)是根據(jù)所選的各種芯片和電器元件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)的，力求緊湊、布置合理。此外

3、，也設(shè)計(jì)了一套于此相對(duì)應(yīng)的電氣接線電路，可以很明了的顯示所有的實(shí)際接線，便于維修和檢測(cè)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵； 控制； 檢測(cè)； 數(shù)據(jù)檢測(cè) </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design shows us the normal control system fa

4、cility of Progressing Cavity Pump and its sampling inspection system for usual management of well.</p><p>　　Because of the advantages, working more consistently, higher efficiency, lower expense of maintenan

5、ce and more property to pump in the high-density well and sand-well, Progressing Cavity Pump is now applied in the oil field more and more extensively. But there is no sampling-device and facility to offer parameters of

6、normal working. In order to solve this problem, this design will show you a simple and useful facility to control and sample for the Progressing Cavity Pump applied well. There are </p><p>　　Control box is d

7、esigned according to the sizes of the chose components and cards with perfect disposal, proper pace, safe environment .At the same time, we designed a series of circuit to comply with the whole design that can show obvio

8、usly joints of circuit disposal, with which the worker can maintain and repair conveniently.</p><p>　　Key words: Progressing Cavity Pump；Control；Inspection；Data sampling</p><p><b>　　目 錄&l

9、t;/b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　第2章 地面驅(qū)動(dòng)

10、螺桿泵簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.1 螺桿泵的組成以及工作原理2</p><p>　　2.2 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)3</p><p>　　2.3 螺桿泵常見(jiàn)故障及其檢測(cè)4</p><p>　　第3章 螺桿泵的控制設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 控制功能5</p><p>　

11、　3.2 電器元件的選型6</p><p>　　3.3 控制原理7</p><p>　　第4章 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵測(cè)量裝置設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 測(cè)量裝置功能10</p><p>　　4.2 設(shè)計(jì)思路10</p><p>　　4.3 芯片選擇及各芯片性能12</p><p>

12、;　　4.4 測(cè)量裝置的電源供給電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.5 存儲(chǔ)器芯片選擇21</p><p>　　4.6 主要程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　第5章 電控柜的設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.1 元件的位置設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.2 元件的接線電路設(shè)計(jì)30</p>

13、<p>　　5.3 控制柜的外觀設(shè)計(jì)32</p><p>　　第6章 總 結(jié)33</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><

14、;p><b>　　緒 論</b></p><p>　　實(shí)踐表明，每一項(xiàng)新技術(shù)都和傳統(tǒng)技術(shù)有很大的差異，革命性的創(chuàng)新技術(shù)更是如此，要充分的發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)要對(duì)新技術(shù)本身進(jìn)行改進(jìn)和完善，使之適應(yīng)實(shí)際情況； 螺桿泵采油是人工舉升工藝中的一項(xiàng)革命性的新技術(shù)，和常規(guī)游梁抽油機(jī)相比，沒(méi)有四連桿機(jī)構(gòu)和龐大的基座，所以耗電量大幅度下降；工作載荷平穩(wěn)；效率高；日常維護(hù)工作量和費(fèi)用很低；而且還適合稠

15、油開(kāi)采和含沙開(kāi)采。 近幾年來(lái)，隨著地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵油井在油田上的使用量越來(lái)越多，螺桿泵油井的生產(chǎn)管理也趨于規(guī)范化，制度化，智能化。為了適應(yīng)這一情況，研制一種簡(jiǎn)便實(shí)用的螺桿泵油井控制及其測(cè)量裝置十分必要。所設(shè)計(jì)的裝置能夠測(cè)試、存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)等。</p><p>　　本論文主要設(shè)計(jì)了有關(guān)螺桿泵的智能化控制系統(tǒng)、單片機(jī)采樣有功功率測(cè)量系統(tǒng)以及這兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系；以及各個(gè)元件，芯片的布局和接線電路；還有部分接口電路的設(shè)計(jì)；

16、控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)檔位：手動(dòng)檔 和自動(dòng)檔?？刂齐姍C(jī)的啟動(dòng)，停止；斷電后自動(dòng)啟動(dòng)；延時(shí)期間的瞬時(shí)啟動(dòng)；點(diǎn)動(dòng)控制；同時(shí)還有相應(yīng)的電機(jī)，電路保護(hù)裝置。修正了現(xiàn)今螺桿泵控制的一些不合理的設(shè)計(jì)。對(duì)于單片機(jī)控制對(duì)工作電機(jī)的采樣是一項(xiàng)應(yīng)用到地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油油井上的新技術(shù)。此系統(tǒng)能自動(dòng)、連續(xù)地對(duì)工作的電機(jī)功率、電壓等參數(shù)進(jìn)行采樣并把采集的數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換置入采集通道，通過(guò)AT89C54控制采樣并處理數(shù)據(jù)，結(jié)果存放存儲(chǔ)器7天，由工作人員定期通過(guò)US

17、B或者計(jì)算機(jī)外接端口把數(shù)據(jù)提取到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行更詳細(xì)的診斷，確定某個(gè)時(shí)期內(nèi)井下螺桿泵的工作狀況。同時(shí)，還要介紹各種芯片的選型、引角功能等。最后還要設(shè)計(jì)控制柜用來(lái)和這些系統(tǒng)相配套, 控制柜設(shè)計(jì)是根據(jù)所選的各種芯片和電器元件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)的，緊湊安全布置合理。同時(shí)也設(shè)計(jì)了一套于此相對(duì)應(yīng)的電氣接線電路，可以很明了的表現(xiàn)所有的布置原理，便于維修和檢測(cè)。</p><p><b>　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵簡(jiǎn)介</b&g

18、t;</p><p>　　螺桿泵（Progressing Cavity Pump）又叫漸進(jìn)容積式泵，由定子和轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過(guò)盈配合形成連續(xù)的密封的腔體，通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的傳輸。由于它使用方便，效率高，噪音小，維護(hù)費(fèi)用低占地面積小，適合稠油、含沙、含氣油井開(kāi)采，因此，近幾年來(lái)，越來(lái)越多被油田上使用。</p><p>　　螺桿泵的組成以及工作原理</p>&l

19、t;p>　　螺桿泵采油系統(tǒng)分為地面和井下兩部分。地面部分包括：驅(qū)動(dòng)頭和控制柜。井下部分包括：井下泵、抽油桿、油管、配套工具等。井下單動(dòng)螺桿由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子由鋼制外套和橡膠襯套組成，轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過(guò)精車、鍍烙并拋光加工而成。</p><p>　　螺桿泵在工作的時(shí)候，沿著泵體在定子襯套雙螺旋面與轉(zhuǎn)子單螺旋面間形成許多個(gè)密封的腔室，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，密封腔由吸入端沿軸向端朝排出端推移，直至消失。隨著密封

20、腔的不斷形成、推移和消失，介質(zhì)在吸入端與排出端之間的壓差作用下被吸入，并被推擠到排出端，壓力不斷升高，流量均勻，在推移的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與液體動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化。由于它使用方便，效率高，噪音小，維護(hù)費(fèi)用低占地面積小，適合稠油、含沙、含氣油井開(kāi)采，因此，近幾年來(lái)，越來(lái)越多被油田上使用。</p><p>　　螺桿泵與其他采油方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1）一次性投資較少。與電動(dòng)

21、潛油泵、水力活塞泵和油粱式（鏈條式）抽油機(jī)相比，螺桿泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一次性投資最低。</p><p>　　2) 泵效率高，節(jié)能效果好，維護(hù)費(fèi)用低。由于螺桿泵工作時(shí)候負(fù)載穩(wěn)定，機(jī)械損失小，泵效可達(dá)90%，實(shí)現(xiàn)有機(jī)械采油設(shè)備中能耗最小、效率最高的幾種之一。</p><p>　　3）占地面積小。螺桿泵的地面裝置簡(jiǎn)單，安裝方便。</p><p>　　4）適合稠油開(kāi)采。一般來(lái)

22、說(shuō)，螺桿泵適合于粘度系數(shù)為8000mPa.s以下的原油開(kāi)采。</p><p>　　5）適應(yīng)高含氣井。螺桿泵不會(huì)發(fā)生氣鎖，但游離氣體對(duì)螺桿泵的容積效率有影響。</p><p><b>　　6）適合高含沙井。</b></p><p>　　7）適合于海上油田叢式井組合水平井。螺桿泵可下在斜直井段，設(shè)備占用面積小。</p><p&g

23、t;　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)</p><p><b>　　2.2.1分類</b></p><p>　　按不同驅(qū)動(dòng)形式螺桿泵采油系統(tǒng)可分為地面驅(qū)動(dòng)和井下驅(qū)動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)形式的不同，地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵還可分為皮帶傳動(dòng)和直接傳動(dòng)兩種類型。皮帶傳動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)或液壓馬達(dá)），皮帶傳動(dòng)輪，減速器均置于地面采油井口裝置上面。直接傳動(dòng)是將電動(dòng)機(jī)軸立起來(lái)，通過(guò)行星減速器與抽

24、油桿光桿直接相連。</p><p><b>　　2.2.2組成</b></p><p>　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)由以下幾部分組成：</p><p><b>　　地面驅(qū)動(dòng)部分</b></p><p><b>　　井下泵部分</b></p><p><

25、;b>　　電控部分</b></p><p><b>　　配套工具</b></p><p><b>　　其它井下管柱</b></p><p>　　2.2.3電控柜功能及組成</p><p>　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵電控柜能夠確保螺桿泵的正常運(yùn)行。主要功能有：</p><

26、p>　　控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，停止；</p><p><b>　　過(guò)載自動(dòng)停機(jī)保護(hù)；</b></p><p>　　電流顯示；實(shí)際運(yùn)行工時(shí)顯示等功能。</p><p>　　實(shí)際運(yùn)行工時(shí)累計(jì)顯示</p><p>　　電控柜內(nèi)主要電器元件：自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)、電流互感器、交流接觸器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、電流繼電器、電流表、計(jì)時(shí)

27、表和熔斷器等。</p><p>　　螺桿泵常見(jiàn)故障及其檢測(cè)</p><p>　　螺桿泵常見(jiàn)故障有地面故障和井下故障。</p><p>　　地面故障包括：井口漏油、減速箱故障、電機(jī)故障和電控柜故障等。</p><p>　　井下故障包括：油管故障、油桿故障和井下泵故障等。相比之下井下故障則需要通過(guò)多項(xiàng)特征參數(shù)綜合測(cè)試分析確定。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)這一套

28、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就是為了記錄井下工作特征參數(shù)，并提供給工作人員帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行詳細(xì)的診斷。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)電機(jī)的工作情況檢測(cè)，從而獲得電機(jī)工作參數(shù)電壓、電流等。不同的受力、負(fù)載會(huì)引起電機(jī)的參數(shù)產(chǎn)生變化。利用對(duì)電壓的分析，可以判斷出電機(jī)的負(fù)載工作狀況。</p><p>　　螺桿泵井有八種故障診斷方法:</p><p>　　查、看、摸、聽(tīng)的方法。&l

29、t;/p><p>　　電流法：電流法就是根據(jù)電機(jī)工作電流的大小來(lái)診斷泵況，如電流增大，可能是蠟堵引起的，如電流接近空載電流，則可能是抽油桿斷脫。</p><p>　　憋壓法：憋壓法就是通過(guò)關(guān)閉采油樹(shù)生產(chǎn)閘門進(jìn)行憋壓觀測(cè)井口油壓和套壓變化進(jìn)行診斷的方法。憋壓法可判斷出泵的舉升能力、泵漏失、管漏失和桿斷脫等。</p><p>　　扭矩法：通過(guò)測(cè)光桿的扭矩來(lái)診斷泵況的方法，如

30、桿斷脫舊沒(méi)有光桿扭矩或扭矩很小。</p><p>　　反轉(zhuǎn)發(fā)：停機(jī)后觀察光桿是否有反彈力，如一點(diǎn)反彈力都沒(méi)有或光桿還有一點(diǎn)正轉(zhuǎn)的慣性，則桿斷脫的可能性極大。</p><p><b>　　光桿軸向力法</b></p><p><b>　　反洗井法</b></p><p><b>　　提高光桿

31、轉(zhuǎn)速法</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)電機(jī)的工作情況檢測(cè)，從而獲得電機(jī)工作參數(shù)電壓、電流等。不同的受力、負(fù)載會(huì)引起電機(jī)的參數(shù)產(chǎn)生變化。利用對(duì)電壓的分析，可以判斷出電機(jī)的負(fù)載工作狀況。本系統(tǒng)采用的檢測(cè)方法就是類似于電流法的一種功率診斷法，即對(duì)螺桿泵運(yùn)行時(shí)的電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)一系列的處理工作將其轉(zhuǎn)化為功率信號(hào)，通過(guò)對(duì)功率值變化的分析來(lái)判斷螺桿泵的實(shí)際工作狀況以及出現(xiàn)故障的原因。<

32、/p><p><b>　　螺桿泵的控制設(shè)計(jì)</b></p><p>　　目前油田上一般使用三相大功率電機(jī)，功率范圍大約7.5kw-22kw之間?？紤]到油田的采油作業(yè)大部分都在野外，所設(shè)計(jì)的控制裝置應(yīng)該于此相適應(yīng)。</p><p><b>　　控制功能</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)的控制功能要求：&l

33、t;/p><p>　　1) 所設(shè)計(jì)的控制裝置能控制螺桿泵的啟動(dòng)，停止，點(diǎn)動(dòng)操作。</p><p>　　2）采油電網(wǎng)斷電后，再次供電能在無(wú)人的情況下自動(dòng)延時(shí)啟動(dòng)。所需</p><p>　　延長(zhǎng)的時(shí)間可以根據(jù)工作需要自由修改。</p><p>　　3）自動(dòng)檔位的時(shí)候，能夠在延時(shí)的時(shí)間段內(nèi)人為瞬間啟動(dòng)。</p><p>　　4）

34、對(duì)電機(jī)的控制電路能實(shí)現(xiàn)過(guò)載、欠載等保護(hù)功能。</p><p>　　5) 控制單片機(jī)對(duì)電機(jī)參數(shù)的采樣。設(shè)置備用6V電源，用以正常的時(shí)候給電池充電,電網(wǎng)斷電的時(shí)候能保持采樣芯片的通電。</p><p>　　該電路有兩個(gè)檔位，一個(gè)為自動(dòng)檔，用于日常的運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生故障，或者需要檢修的時(shí)候選擇手動(dòng)檔位進(jìn)行控制。</p><p>　　由于油田上基本都是使用得專用的380V工業(yè)電

35、網(wǎng)，不受外部其他電網(wǎng)的干擾，對(duì)于主電路來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定的電壓源是正常工作的前提，在電網(wǎng)的入戶端，接上空氣開(kāi)關(guān)，進(jìn)行短路保護(hù).經(jīng)過(guò)一系列的觸點(diǎn)后，放置一個(gè)熱繼電器用來(lái)過(guò)載保護(hù)。最后，接入電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　但是對(duì)于控制電路、照明電路以及采樣電路來(lái)說(shuō)，380V的電壓是很不合理的。一般來(lái)說(shuō)，控制電路采用的都是線圈，電阻以及開(kāi)關(guān)等。所以用單相的火線和零線結(jié)合構(gòu)成220V的供電電壓源，對(duì)控制電路和照明電路進(jìn)行供電，但同

36、時(shí)由于考慮到對(duì)人的安全電壓遠(yuǎn)低于220V，所以，控制電路也要采用滅弧裝置，保證工作人員的人身安全 。</p><p>　　而9V的采樣充電電路必須采用一個(gè)交流-直流轉(zhuǎn)換器HR-6把380V的工業(yè)電壓轉(zhuǎn)變成6V-12V的直流電源，對(duì)電池充電。該電池的作用是用來(lái)向單片機(jī)的采樣電路供電的。當(dāng)油田電網(wǎng)斷電的時(shí)候，電池能持續(xù)的對(duì)采樣電路進(jìn)行供電，以保證數(shù)據(jù)的完整。</p><p>　　具體的控制流程

37、圖如下： </p><p><b>　　空氣開(kāi)關(guān)</b></p><p>　　<電器控制流程圖 ></p><p><b>　　電器元件的選型 </b></p><p>　　為了滿足現(xiàn)場(chǎng)的具體要求，盡量使設(shè)計(jì)達(dá)到真實(shí)課題的標(biāo)準(zhǔn)，必須考慮各方面的原因與各種

38、因素，依據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)經(jīng)驗(yàn)選型如下：</p><p>　　電 機(jī)： 采用Y225M-8型電機(jī)，額定功率為22kw,工業(yè)用電380伏三相電壓,額定轉(zhuǎn)速為740轉(zhuǎn)/分，額定電流為47.6A，功率因數(shù)為0.78 效率可達(dá)90%。</p><p>　　交流接觸器： 根據(jù)額定電機(jī)的額定電流，采用CJMI-45/63型交流接觸器?？刂葡到y(tǒng)采用一個(gè)交流接觸器，三個(gè)主觸點(diǎn)，三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，一

39、個(gè)常閉觸點(diǎn)。主觸點(diǎn)連接到380V的主電路上，其余的輔助觸點(diǎn)連接到220V的電路上。</p><p>　　時(shí)間繼電器： JST 系列時(shí)間繼電器 ，根據(jù)需要進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置。有自己的常開(kāi)常閉觸。</p><p>　　空 氣 開(kāi) 關(guān)： 采用帶有熔斷器的空氣開(kāi)關(guān)，根據(jù)正常工作的額定電流，HR3-100型空氣開(kāi)關(guān)，熔斷電流為100A。連接到主電路的開(kāi)始端。</p><p>　　

40、熱 繼 電器： 長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的電動(dòng)機(jī)按照 IN額定電流來(lái)選定，相配的整定電流大約為0.93-1.05倍或者中間值。使用時(shí)把整定電流調(diào)節(jié)至額定電流即可。 選用JRSM1-63型額定電流為63A。</p><p>　　交流、直流轉(zhuǎn)換器： 為了給單片機(jī)的輔助電源--電池進(jìn)行充電，特采用了交流、直流轉(zhuǎn)換器，把220v的電壓轉(zhuǎn)換成6-12v的電壓源對(duì)電池充電。所選型號(hào)為HR62交流電壓變直流電壓轉(zhuǎn)換器。 <

41、;/p><p><b>　　控制原理</b></p><p><b>　　原理的主</b></p><p><b>　　電路應(yīng)該</b></p><p><b>　　由空氣開(kāi)關(guān)</b></p><p><b>　　，交流接觸&

42、lt;/b></p><p><b>　　器，熱繼電</b></p><p><b>　　器還有電機(jī)。</b></p><p>　　空氣開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)欠壓，短路保護(hù)。</p><p>　　熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。 </p><p>　　圖3.3.1 ---主 控 制 電

43、路</p><p>　　在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)候，瞬間的電流會(huì)非常的大，采用Y225M-8型電機(jī)，額定功率為22kw,工業(yè)用電380伏三相電壓,額定轉(zhuǎn)速為740轉(zhuǎn)/分，額定電流為47.6A，那末，啟動(dòng)電流會(huì)達(dá)到正常工作的6-7倍。不過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)表明，絕大部分的螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)都是直接啟動(dòng)。因?yàn)槲覀儾捎肅JMI-45/63交流接觸器、HR3-100型空氣開(kāi)關(guān)，熔斷電流為100A以及選用JRSM1-63熱繼電器，足以保證瞬時(shí)啟動(dòng)的

44、安全。</p><p>　　圖3.3.2---控 制 電 路 圖</p><p>　　控制主要分兩檔進(jìn)行。所設(shè)計(jì)原理圖如圖3.3.2所示。在操作人員在時(shí)，由操作人員手動(dòng)控制，在操作人員不在時(shí)，將撥檔開(kāi)關(guān)撥到自動(dòng)檔，可以在無(wú)人控制下實(shí)現(xiàn)斷電后再來(lái)電自動(dòng)啟動(dòng)的功能。</p><p><b>　　手動(dòng)檔：</b></p><p&g

45、t;　　利用一個(gè)選擇開(kāi)關(guān)K實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)和長(zhǎng)動(dòng)的聯(lián)合控制。</p><p>　　長(zhǎng)動(dòng)：當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)K閉合時(shí)，按下按鈕SB1，此時(shí)交流接觸器線圈KM通電，其長(zhǎng)開(kāi)觸電閉合，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，螺桿泵正常運(yùn)行，按下按鈕SB2，電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　點(diǎn)動(dòng)：當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，按下按鈕SB1即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。</p><p><b>　　自動(dòng)檔：</b>&

46、lt;/p><p>　　通過(guò)一個(gè)延時(shí)繼電器實(shí)現(xiàn)斷電之后來(lái)電延時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)斷電之后來(lái)電,延時(shí)繼電器線圈KT得電,其長(zhǎng)開(kāi)觸電延時(shí)閉合,交流接觸器線圈KM得電,相應(yīng)的其長(zhǎng)開(kāi)觸電閉合,實(shí)現(xiàn)自鎖控制,延時(shí)時(shí)間可通過(guò)延時(shí)繼電器調(diào)節(jié),當(dāng)不需要延時(shí)或延時(shí)出現(xiàn)故障時(shí),可按下按鈕SB3實(shí)現(xiàn)瞬間啟動(dòng)。</p><p>　　圖3.3.3--指示燈電路</p><p>　　通過(guò)將一個(gè)指示燈直接

47、接到控制電路中，如圖3.3.3，可以顯示電源是否有電； 通過(guò)將一個(gè)指示燈與一個(gè)交流接觸器的長(zhǎng)開(kāi)觸電串聯(lián)，可以顯示電機(jī)是否通電。當(dāng)電網(wǎng)有電，指示燈L1 就會(huì)亮。電網(wǎng)缺相或者沒(méi)有電流的時(shí)候，L1燈自動(dòng)熄滅。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)工作的時(shí)候，CJMI-45/63型交流接觸器的線圈必然就接通。此時(shí)，該接觸器得常開(kāi)觸點(diǎn)KM閉合，指示燈電路L2分支接通構(gòu)成回路，L2就會(huì)發(fā)亮、，工作人員可以不開(kāi)柜的情況下，判斷電機(jī)是否正在運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><

48、p>　　圖3.3.4 時(shí)序圖</p><p>　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵測(cè)量裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　測(cè)量裝置功能</b></p><p>　　該測(cè)量裝置能夠采樣一次電壓信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，同時(shí)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，并能夠?qū)⒔Y(jié)果顯示出來(lái)，還可通過(guò)串形口與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信，另外還設(shè)置了USB接口，可通過(guò)U盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。其中采樣可

49、分兩個(gè)檔位進(jìn)行，第一檔為每秒采樣一次，存儲(chǔ)器能夠連續(xù)存儲(chǔ)七天的數(shù)據(jù)總量；第二檔為每5ms-500ms采樣一次，用于具體檢測(cè)時(shí)針對(duì)某一特定時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　根據(jù)測(cè)量裝置要完成的功能，應(yīng)該將整體的設(shè)計(jì)劃分為幾個(gè)部分，即數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)，顯示以及傳輸，下面將針對(duì)不同部分分別將我的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行一下闡述。

50、</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　眾所周知，所采集的電壓信號(hào)為模擬量，是不能夠直接送入單片機(jī)的，所以要通過(guò)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，將測(cè)得的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量。一般情況下，螺桿泵電機(jī)的工作電壓為380V，電流也在幾十安培左右，因此不能直接將測(cè)量值送入A/D轉(zhuǎn)換器，這就需要一種裝置將所測(cè)電壓、電流值轉(zhuǎn)化為一定范圍內(nèi)的值。功率變送器就有這種功能，

51、它的輸入為電壓和電流值，輸出可以為功率值，也可以為電壓值，而且輸出值能夠按比例縮小在一定范圍內(nèi)。功率變送器的電壓輸入可以直接從電源線中引出兩根線接到電壓輸入的正負(fù)兩端，而電流輸入就需通過(guò)一個(gè)電流互感器將電機(jī)的工作電流值感應(yīng)出來(lái)，并且轉(zhuǎn)換成較小范圍內(nèi)的電流值輸入到功率變送器的電流輸入端的正負(fù)兩極上。</p><p>　　因此，數(shù)據(jù)采集部分要用到的設(shè)備主要有電流互感器、功率變送器、A/D轉(zhuǎn)換器等。</p>

52、<p><b>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要考慮到存儲(chǔ)器的容量問(wèn)題，我所選用的單片機(jī)是目前較為通用的51系列單片機(jī)，由于其內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量較小，僅為128字節(jié)，因此一定需要在單片機(jī)外部擴(kuò)展一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，來(lái)存儲(chǔ)采集來(lái)的大量數(shù)據(jù)。</p><p>　　存儲(chǔ)器所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)總量最大值計(jì)算如下：</p><p>

53、;　　由于數(shù)據(jù)總量最大值接近1M，因此只需在片外擴(kuò)展一個(gè)容量為1M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器即可，一般的51系列單片機(jī)通常有32個(gè)I/O口線，分為P0，P1，P2，P3，四個(gè)8位口，其中只有P0及P1口可作為地址線，P0經(jīng)過(guò)地址鎖存器提供低8位地址，由P2口提供高8位地址，總共16位地址線，外部存儲(chǔ)器的尋址空間最大可擴(kuò)展64K字節(jié)，因此單靠直接利用這16位地址線進(jìn)行擴(kuò)展是達(dá)不到所需容量的，因此，我將存儲(chǔ)器分頁(yè)管理，用15根地址線構(gòu)成的尋址范圍作為每頁(yè)

54、的容量，即，用5根地址線夠成的尋址范圍作為頁(yè)碼，共計(jì)頁(yè)，這樣即可構(gòu)成即1M的存儲(chǔ)器容量了。</p><p>　　因此，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要就是擴(kuò)展一個(gè)容量為1M的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)顯示</b></p><p>　　要將采集的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)顯示，而且顯示的是功率值的變化波形，因此采用液晶點(diǎn)陣顯示器。液晶點(diǎn)陣顯示器是近年來(lái)迅速

55、發(fā)展起來(lái)的新型顯示器件，它是以微型液晶位像素，按照行與列的形式排列組合而成的。它具有分辨率高、顯示清晰、功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示部分需要用到一個(gè)液晶顯示器。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)傳輸</b></p><p>　　采集數(shù)據(jù)的目的是為了能夠給工作人員提供分析的數(shù)據(jù)，因此必須能夠夠?qū)⒋鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，

56、送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。該測(cè)量裝置可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一是通過(guò)串行通信接口與外部計(jì)算機(jī)相連；二是通過(guò)USB接口進(jìn)行傳輸。串行通信是比較常用的傳輸方式，但近幾年來(lái)，USB通信也有了迅速的發(fā)展,由于其具有高速傳輸、熱插拔、即插即用的特點(diǎn)，已經(jīng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸部分需用一個(gè)串行的收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信，一個(gè)USB收發(fā)器進(jìn)行USB通信。</p><p>　

57、　芯片選擇及各芯片性能</p><p><b>　　單片機(jī)選型</b></p><p>　　選擇型號(hào)為AT89C54的單片機(jī),該單片機(jī)是80C51微控制器的派生器件， 是采用先進(jìn)CMOS工藝制造的8位微控制器，系統(tǒng)與80C51完全相同。</p><p><b>　　芯片特性：</b></p><p>

58、;　　●80C51核心處理單元</p><p>　　●片內(nèi)FLASH程序存儲(chǔ)器</p><p>　　●速度可達(dá)33MHz</p><p><b>　　●全靜態(tài)操作</b></p><p>　　●RAM可擴(kuò)展到64K字節(jié)</p><p>　　●內(nèi)部有16K可編程ROM</p><

59、p><b>　　●4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)</b></p><p><b>　　●6個(gè)中斷源</b></p><p><b>　　●4個(gè)8位I/O口</b></p><p>　　●全雙工增強(qiáng)型UART</p><p><b>　　―幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)</b><

60、;/p><p><b>　　―自動(dòng)地址識(shí)別</b></p><p><b>　　●電源控制模式</b></p><p><b>　　―時(shí)鐘可停止和恢復(fù)</b></p><p><b>　　―空閑模式</b></p><p><b&

61、gt;　　―掉電模式</b></p><p><b>　　●可編程時(shí)鐘輸出</b></p><p><b>　　●異步端口復(fù)位</b></p><p><b>　　●雙DPTR寄存器</b></p><p>　　●低EMI(禁止ALE)</p><

62、;p><b>　　●3個(gè)16位定時(shí)器</b></p><p>　　●掉電模式可通過(guò)外部中斷喚醒</p><p>　　AT89C54在10000次擦除和編程之后仍能可靠保存FLASH存儲(chǔ)器的內(nèi)容，存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)使擦除和編程結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，此外先進(jìn)的溝道氧化工藝和低內(nèi)部電場(chǎng)的結(jié)合使擦除和編程操作更加可靠。內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器容量已經(jīng)能夠滿足該測(cè)量裝置的編程需要。但內(nèi)部數(shù)據(jù)存

63、儲(chǔ)器容量為256字節(jié)，不能滿足需要，因需要在外擴(kuò)展一定容量的存儲(chǔ)器。</p><p>　　以下是AT89C54芯片的DIP封裝引腳布置圖</p><p>　　如圖為雙列直插式引腳，這40個(gè)引腳功能如下：</p><p>　　I/O口線：P0，P1，P2，P3四個(gè)8位口，共32根線。</p><p><b>　?。弘娫淳€。</b

64、></p><p><b>　　：接地線。</b></p><p>　　XTAL1、XTAL2：接外部晶體的兩個(gè)端子。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器讀選通。</p><p>　　EA/：——編程電源，21V（EPROM芯片）； EA——區(qū)別CPU訪問(wèn)內(nèi)、外部程序存儲(chǔ)器，EA=0時(shí)，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)

65、器。</p><p>　　ALE/PROG：PROG——編程脈沖；ALE——地址鎖存允許低8位地址。</p><p>　　RST/：——RAM備用電源，在掉電時(shí)用；RST——復(fù)位。</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換器選型</b></p><p>　　所選擇的A/D轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為ADS1100，該轉(zhuǎn)換器是精密、連續(xù)、

66、單電源、串行16位A/D轉(zhuǎn)換器，可差分輸入，采用微小SOT23-6封裝，其轉(zhuǎn)換速率為8、16、32或128?？删幊淘鲆娣糯笃魈峁└哌_(dá)8的增益，使較小的信號(hào)測(cè)量仍具有高的分辨率。在單次轉(zhuǎn)換模式中，ADS1100在一次轉(zhuǎn)換之后自動(dòng)掉電，大大減少空閑期間的電流消耗，主要用于高分辨率測(cè)量中，節(jié)省空間和功耗。</p><p>　　以下是ADS1100引腳布置圖：</p><p>　　其中各引腳功能如

67、下：</p><p>　　1.：測(cè)量電壓的正極輸入端</p><p><b>　　2.GND：接地端</b></p><p>　　3.SCL：時(shí)鐘線輸入端</p><p>　　4.SDA：數(shù)據(jù)線輸入端</p><p><b>　　5.：工作電源</b></p>

68、<p>　　6.：測(cè)量電壓的負(fù)極輸入端</p><p><b>　　時(shí)鐘芯片選型</b></p><p>　　測(cè)量裝置要求兩檔工作,第一檔是每隔一秒采樣一次,第二檔是每隔50ms采樣一次。采用DS12887A實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。產(chǎn)生秒中斷以及每隔50ms產(chǎn)生一次中斷。關(guān)于DS12887A實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的性能如下：</p><p>　　●可作為

69、IBM AT計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷</p><p>　　●與MC146818B和DS1287的管腳兼容</p><p>　　●在沒(méi)有外部電源的情況下可工作10年</p><p>　　●自帶晶體振蕩器及電池</p><p>　　●可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日期、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償</p><p>

70、　　●用二進(jìn)制碼或BCD碼代表日歷和鬧鐘信息</p><p>　　●有12和24小時(shí)兩種制式，12小時(shí)制時(shí)有AM和PM提示</p><p><b>　　●可選用夏令時(shí)模式</b></p><p>　　可以應(yīng)用于MOTOROLA和INTEL</p><p><b>　　兩種總線</b></p&g

71、t;<p>　　●數(shù)據(jù)/地址總線復(fù)用</p><p>　　●內(nèi)建128字節(jié)RAM</p><p>　　–14字節(jié)時(shí)鐘控制寄存器</p><p>　　–114字節(jié)通用RAM</p><p><b>　　●可編程方波輸出</b></p><p>　　●總線兼容中斷(/IRQ)</p

72、><p><b>　　●三種可編程中斷</b></p><p>　　–時(shí)間性中斷可產(chǎn)生每秒一次</p><p><b>　　直到每天一次中斷</b></p><p>　　–周期性中斷122ms到500ms</p><p><b>　　–時(shí)鐘更新結(jié)束中斷</b>

73、;</p><p>　　右圖是DS12887A引腳布置圖：</p><p>　　其中各引腳功能如下：</p><p>　　AD0–AD7：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線</p><p><b>　　NC：空腳</b></p><p>　　MOT：總線類型選擇(MOTOROLA/INTEL)</p>

74、<p><b>　　CS：片選</b></p><p><b>　　AS：ALE</b></p><p>　　R/W：在INTEL總線下作為 /WR</p><p>　　DS：在INTEL總線下作為 /RD</p><p>　　RESET：復(fù)位信號(hào)</p><p&g

75、t;　　IRQ：中斷請(qǐng)求輸出</p><p><b>　　SQW：方波輸出</b></p><p><b>　　VCC：+5電源</b></p><p><b>　　GND：電源地</b></p><p><b>　　地址鎖存器選型</b></p&g

76、t;<p>　　P89C54的低8位地址總線A7-A0由P0口提供、高8位地址總線A15-A8由P2口提供。由于P0口分時(shí)作為低八位地址和數(shù)據(jù)總線使用，在P0口輸出有效的低八位地址時(shí)，必須用外部鎖存器來(lái)鎖存這些地址，以保證在訪問(wèn)存儲(chǔ)器期間，低八位地址保持不變。此處的地址鎖存器我選用的是74HC373。</p><p>　　74HC373是三狀態(tài)八重?cái)?shù)據(jù)型觸發(fā)器，其引腳排列及功能如下：</p&g

77、t;<p>　　若LE為高電平，則數(shù)據(jù)通過(guò)；</p><p>　　若LE為低電平，則數(shù)據(jù)保持；</p><p>　　若/OE為高電平，則輸出成為高阻</p><p>　　D0-D7為數(shù)據(jù)輸入端；</p><p>　　Q0-Q7為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　74HC377是八重?cái)?shù)據(jù)型觸發(fā)器，其引腳排列

78、及功能如下：</p><p>　　若允許控制端/E為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端CLK脈沖</p><p>　　充上升沿作用下，輸出端Q與數(shù)據(jù)端D相一致；</p><p>　　當(dāng)CLK為高電平或低電平時(shí)，D對(duì)Q無(wú)影響。</p><p><b>　　地址譯碼器的選擇</b></p><p>　　測(cè)量裝置需要與

79、外設(shè)連接，就要給外設(shè)分配一定的存儲(chǔ)單元，這就需要地址譯碼器，選用的是74LS138地址譯碼器。</p><p>　　74LS138的引腳排列及功能如下：</p><p>　　74LS138是3-8譯碼器，它具有三個(gè)選擇輸入端A、B、C，三個(gè)允許輸出端G1，G2A，G2B，以及八個(gè)譯碼器輸出端Y0-Y7。</p><p>　　三個(gè)允許輸入端只有當(dāng)時(shí)，輸出端才能按選擇輸

80、入端的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行譯碼，否則輸出為高電平，即輸入被封鎖。</p><p>　　六.串行通信RS-232收發(fā)器選型</p><p>　　選用的是單通道RS-232收發(fā)器——MAX3221。</p><p>　　MAX3221主要性能如下：</p><p>　　●MAX3221有一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)，一個(gè)接收器，帶±15-kVESD保護(hù)的雙速電

81、荷泵電路組成。</p><p>　　●器件可以滿足TIA/EIA-232-F要求，提供異步通信控制器和串口連接器之間的接口。電荷泵和四個(gè)小型外部電容可以在3V到5.5-V電壓下工作。</p><p>　　●數(shù)據(jù)信號(hào)速率可達(dá)250kbit/s，最大轉(zhuǎn)換速率達(dá)30-V/μs。</p><p>　　●串行端口為INACTIVE時(shí)，可以靈活選擇電源管理。</p>

82、<p>　　●FORCEON為低位，F(xiàn)ORCEOFF為高位時(shí)，可以自動(dòng)掉電。</p><p>　　●如果MAX3221沒(méi)有在接收輸入探測(cè)到有效的RS-232信號(hào)，驅(qū)動(dòng)輸出失</p><p>　　●如果FORCEOFF為低位，EN為高位，驅(qū)動(dòng)和接收都將關(guān)掉，電流降到1μA。串口斷開(kāi)連接或關(guān)掉外部驅(qū)動(dòng)都將導(dǎo)致自動(dòng)掉電。</p><p>　　如果FORCEO

83、N和FORCEOFF</p><p>　　都處在高位，自動(dòng)掉電失效。</p><p>　　由于有自動(dòng)掉電功能，接受輸入一旦</p><p>　　有有效信號(hào)，器件將自動(dòng)啟動(dòng)。</p><p>　　如果接收輸入出現(xiàn)RS-232信號(hào)，</p><p>　　INVALID輸入將通知用戶。</p><p>

84、;　　如果接收輸入電壓超過(guò)2.7V</p><p>　　或低于–2.7V，或在–0.3V和0.3V之間</p><p>　　的時(shí)間小于30μs，INVALID為高位</p><p><b>　　（有效數(shù)據(jù)）。</b></p><p>　　如果接收輸入電壓在–0.3V和</p><p>　　0.3V

85、之間的時(shí)間超過(guò)30μs，</p><p>　　INVALID為低位（無(wú)效數(shù)據(jù)）。</p><p>　　MAX3221引腳排列及功能如下：</p><p><b>　　/EN：接收器控制</b></p><p>　　C2+：轉(zhuǎn)化電容器正極輸入</p><p>　　C2-：轉(zhuǎn)化電容器負(fù)極輸入</

86、p><p>　　V-：電荷泵產(chǎn)生的-5.5V電壓</p><p>　　R-IN：RS-232接收器輸入</p><p>　　T-OUT：RS-232傳輸器輸出</p><p>　　T-IN：RS-232傳輸器輸入</p><p>　　R-OUT：RS-232接收器輸出</p><p>　　R2OUT

87、B：接收器輸出關(guān)閉</p><p>　　/INVALID：有效信號(hào)檢測(cè)器輸出，表明接收</p><p><b>　　器輸入</b></p><p>　　/FORCELFF：低電平關(guān)閉傳輸器及電源輸入</p><p>　　FORCEON：高電平自動(dòng)保持電路傳輸被拒絕</p><p>　　C1-：電壓

88、加倍電荷泵變換器負(fù)極端</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p><b>　　VCC：供給電壓</b></p><p>　　V+：電荷泵產(chǎn)生+5.5V電壓</p><p>　　C1+：電壓加倍電荷泵變換器正極端</p><p><b>　　U

89、SB接口芯片選擇</b></p><p>　　在工業(yè)控制等場(chǎng)合往往需要將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)ISA總線速度低、不能熱插拔，在計(jì)算機(jī)中已經(jīng)逐漸減少；PIC總線具有高速的特點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)比較困難，成本也較高；目前USB數(shù)據(jù)總線已經(jīng)在計(jì)算機(jī)上得到普及，成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，由于USB接口具有通用、高速、熱插拔、即插即用等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中應(yīng)用。因此，本測(cè)量裝置也設(shè)置了用US

90、B總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　選用的是SL811HST系列芯片。</p><p>　　SL811HST是一種內(nèi)嵌式的USB主/從控制器，它能夠與高速及低速USB外圍設(shè)備進(jìn)行通信，SL811HST可以與微處理器，微控制器連接，或者直接與ISA、PCMCIA總線相連。SL811HST支持USB12Mbps全速模式或1.5Mbps低速模式，其數(shù)據(jù)端口和微處理器借口接口提供一個(gè)8位的數(shù)

91、據(jù)輸入/輸出通道或DMA雙向通道，帶有Motorola或INTEL等中央處理器中斷支持，內(nèi)部含有一個(gè)256字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)緩沖器，用來(lái)控制寄存器及數(shù)據(jù)緩沖?？刹捎?8引腳TQFP封裝。</p><p>　　SL811HST的各個(gè)引腳布置及功能入下：</p><p><b>　　NC：空置</b></p><p>　　nWR：寫脈沖輸入。片選后低

92、電平向寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</p><p><b>　　寫入</b></p><p>　　nCS:片選，與nWR與nRD配合使用</p><p>　　CM：時(shí)鐘模式，選擇12/48MHZ時(shí)鐘源</p><p>　　+3.3VDD：USB傳輸器的能源</p><p>　　DATA+：不同數(shù)據(jù)信號(hào)高端&

93、lt;/p><p>　　DATA-：不同數(shù)據(jù)信號(hào)地端</p><p><b>　　GND：接地</b></p><p>　　CLK/X1：時(shí)鐘或外部晶振X1連接</p><p>　　X2：外部晶振X2連接</p><p>　　NRST：交流設(shè)備低電平復(fù)位</p><p>　　I

94、NTRQ：高電平中斷外部控制器的響應(yīng)</p><p>　　GND：交流設(shè)備接地</p><p><b>　　D0-D7：數(shù)據(jù)線</b></p><p>　　M/S：主/從模式選擇。高電平選擇從模式，低電平選擇主模式</p><p>　　A0：選擇地址指針，高電平選擇數(shù)據(jù)緩沖器或寄存器</p><p&g

95、t;　　nDACK：支持DMA，DMA僅在從模式下有用，主模式下，此位置高電平</p><p>　　NDRQ：DMA請(qǐng)求</p><p>　　NRD：讀脈沖選通，片選后低電平從寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)</p><p>　　測(cè)量裝置的電源供給電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該測(cè)量裝置的芯片都有一定的工作電壓,其中</p><

96、p>　　P89C54,DS12887A,MAX3221,74LS138,ADS1100工作電壓為+5V；</p><p>　　SL811HST工作電壓為+3.3V。</p><p>　　因此，就需要有一定的工作電路用來(lái)產(chǎn)生+5V以及+3.3V的電壓，需要用到的芯片有：低功耗線形穩(wěn)壓器MAX603，電荷泵穩(wěn)壓器MAX1595。</p><p>　　低功耗線形穩(wěn)壓

97、器MAX603</p><p>　　低功耗線形穩(wěn)壓器MAX603提供可調(diào)的1.25V-11V輸出或預(yù)先選擇的5V輸出(500 mA)，通常使用0.1uF-10uF輸入端電容器，輸出端電容器推薦使用10Uf</p><p><b>　　其主要特征如下：</b></p><p>　　●500mA電流輸出，帶有反饋電流限制</p>&l

98、t;p><b>　　●高能源8引腳封裝</b></p><p>　　●固定的電壓輸出值或1.25V-11V</p><p>　　●輸入范圍較大2.7V-11.5V</p><p><b>　　●反向電流保護(hù)</b></p><p><b>　　●熱過(guò)載保護(hù)</b><

99、/p><p><b>　　●2uA關(guān)閉模式</b></p><p>　　●15uA典型靜止電流</p><p>　　●內(nèi)部500mA,P通道傳感器</p><p>　　低功耗線形穩(wěn)壓器MAX603的各個(gè)引腳排列及性能如下：</p><p>　　IN：穩(wěn)壓器輸入，供給電壓2.7V-11.5V</p

100、><p><b>　　GND：接地</b></p><p><b>　　/OFF：關(guān)閉</b></p><p>　　SET：設(shè)置輸出電壓反饋，連接到GND，預(yù)選輸出電壓3.3V或5V</p><p>　　OUT：穩(wěn)壓器輸出，固定的或1.25V-11V</p><p>　　電荷泵穩(wěn)

101、壓器MAX1595</p><p>　　MAX1595電荷泵穩(wěn)壓器能夠從1.8V至5.5V的輸入電壓產(chǎn)生3.3V或5V電壓。它獨(dú)特的控制結(jié)構(gòu)允許穩(wěn)壓器對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換、維持穩(wěn)定的輸出電壓。1MHz的開(kāi)關(guān)頻率和獨(dú)特的控制結(jié)構(gòu)相結(jié)合，允許使用1μF的小尺寸陶瓷電容，提供125mA的輸出電流。完整的穩(wěn)壓器僅需3個(gè)外部電容、無(wú)需電感。MAX1595非常適合在那些結(jié)構(gòu)緊湊的應(yīng)用中作為大功率、高效率的輔助電源。它

102、采用節(jié)省空間的8引腳μMAX封裝和大功率、12引腳薄型QFN封裝。 </p><p>　　電荷泵穩(wěn)壓器MAX1595的特征如下：</p><p>　　●超小僅需要3個(gè)陶瓷電容</p><p><b>　　●不需要電感</b></p><p>　　●高達(dá)125mA的輸出電流</p><p>　　●穩(wěn)

103、定的+3%輸出電壓</p><p><b>　　●1MHZ開(kāi)關(guān)頻率</b></p><p>　　●1.8V到5.5V的輸入電壓范圍</p><p>　　●220uA靜態(tài)電流</p><p>　　●0.1uA關(guān)斷電流</p><p>　　●關(guān)斷狀態(tài)下負(fù)載斷開(kāi)連接</p><p&g

104、t;　　電荷泵穩(wěn)壓器MAX1595各個(gè)引腳排列及性能如下：</p><p>　　AOUT：錯(cuò)誤的放大器/比較器的模擬能源輸入，在輸出濾波電容器處與OUT連接</p><p>　　/SHDN：關(guān)閉輸入。</p><p>　　/SHDN=0設(shè)備關(guān)閉；</p><p>　　/SHDN=1設(shè)備激活；</p><p>　　關(guān)閉時(shí)

105、OUT與IN不連接；</p><p>　　IN：輸入1.8V-5.5V通過(guò)1uF電容器與GND連</p><p><b>　　GND:接地</b></p><p><b>　　PGND:電源接地</b></p><p>　　CXN:電荷泵穩(wěn)壓器負(fù)極接線端</p><p>　　

106、CXP:電荷泵穩(wěn)壓器正極接線端</p><p><b>　　存儲(chǔ)器芯片選擇</b></p><p>　　AT29C040存儲(chǔ)器芯片特性：</p><p>　　●快速讀取時(shí)間可達(dá) 120納秒</p><p>　　●僅限5伏電壓重復(fù)編程</p><p><b>　　扇區(qū)程序操作</b

107、></p><p>　　單循環(huán)重復(fù)編程（擦除和編程）</p><p>　　2048扇區(qū)（256字節(jié)/扇區(qū)）</p><p>　　內(nèi)部256字節(jié)地址和數(shù)據(jù)鎖存</p><p>　　●內(nèi)部程序控制器和計(jì)時(shí)器</p><p><b>　　●硬件和軟件保護(hù)</b></p><p&

108、gt;　　●2個(gè)16KB的帶鎖存引導(dǎo)程序芯片</p><p>　　●快速程序磁區(qū)循環(huán)時(shí)間 10微秒</p><p>　　●程序檢測(cè)最后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)</p><p><b>　　低電源能耗</b></p><p><b>　　40mA的正常電流</b></p><p>　　10

109、0微安的CMOS應(yīng)急備用電流</p><p>　　●典型持久程度>10,000循環(huán)</p><p>　　●單供電源5V土10%</p><p>　　CMOS和TTL兼容性輸入輸出</p><p>　　存儲(chǔ)器芯片AT29C040是一個(gè)僅用于5V電源的系統(tǒng)內(nèi)部的程序閃存且可擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM）。該芯片具有4M的容量大約524，288

110、個(gè)8位的字。由于應(yīng)用Atmel的穩(wěn)定的CMOS閃存可擦除高科技，芯片提供讀取時(shí)間可達(dá)120納秒，并且具有220豪瓦低能耗功率的特性。</p><p>　　具體引角和形狀如下：</p><p>　　A0 - A18 ：地址線引角</p><p>　　/CE ：芯片啟動(dòng)</p><p>　　/OE ：輸出有效</p>

111、<p>　　/WE ：寫有效</p><p>　　I/O0—I/O7：數(shù)據(jù)輸入/輸出引角</p><p>　　NC ： 吳定義</p><p>　　GND ： 接地</p><p>　　VCC ： 接5V電源 </p><p><b>　　主要程序設(shè)計(jì)</b

112、></p><p>　　根據(jù)所設(shè)計(jì)測(cè)量裝置的主要性能,對(duì)其進(jìn)行了編程,來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能,通過(guò)硬件與軟件的相應(yīng)的結(jié)合,更好的完成了所需功能。</p><p>　　由于個(gè)人編程知識(shí)有限，同時(shí)時(shí)間又很短暫，故僅對(duì)數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)以及用RS-232串口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)部分進(jìn)行了編程，而在顯示部分及用USB進(jìn)行通信部分沒(méi)有進(jìn)行編程。</p><p><b>　　主要設(shè)

113、計(jì)思路如下：</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集方面：進(jìn)入單片機(jī)的數(shù)據(jù)，是先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的，所選的A/D轉(zhuǎn)換器ADS1100采用I方總線傳輸數(shù)據(jù)，一條I方總線由兩條線路組成：SDA線和SCL線。SDA線傳送數(shù)據(jù)；SCL線提供時(shí)鐘。所有數(shù)據(jù)以8位為一組通過(guò)I方總線傳送。為了在I方總線上傳送一位數(shù)據(jù)，須在SCL為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)SDA線至該位的電平。一旦SDA線穩(wěn)定下來(lái)，SCL線被拉高，然后變低。SCL線

114、上的脈沖以時(shí)鐘將SDA位一位一位地移入接收器的移位寄存器中。</p><p>　　多數(shù)情況下，總線是空閑的，不發(fā)生通信。為了開(kāi)始通信，主機(jī)在總線上形成一個(gè)開(kāi)始條件。通常，只有在時(shí)鐘線為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)線才允許改變狀態(tài)。如果在時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線改變了狀態(tài)，則形成了一個(gè)開(kāi)始條件，或相反的形成了一個(gè)終止條件。開(kāi)始條件是當(dāng)時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線由高到低地跳變。停止條件是當(dāng)時(shí)鐘線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變。&l

115、t;/p><p>　　在主機(jī)發(fā)送開(kāi)始條件以后，它還會(huì)發(fā)送一個(gè)字節(jié)表明它想與哪一個(gè)從機(jī)通信。對(duì)于I方總線上發(fā)送的每個(gè)字節(jié)，無(wú)論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個(gè)應(yīng)答位作為響應(yīng)。在主機(jī)完成與從機(jī)的通信后，它會(huì)發(fā)出一個(gè)停止條件。在發(fā)出停止條件后，總線再次空閑。主機(jī)也可發(fā)出另一個(gè)開(kāi)始條件。在總線處于激活狀態(tài)時(shí)，若發(fā)出一個(gè)開(kāi)始條件，則要求一個(gè)重復(fù)的開(kāi)始條件。</p><p>　　因此，通過(guò)控制兩根總線的高低電平就

116、可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。首先，單片機(jī)向ADS1100發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，之后等待其應(yīng)答，ADS1100接收到請(qǐng)求之后，向總線發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，單片機(jī)接收到應(yīng)答信號(hào)后，向ADS1100發(fā)送命令，ADS1100接到命令后向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收完數(shù)據(jù)向總線發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，表明數(shù)據(jù)已經(jīng)接收完畢，通信結(jié)束，如此循環(huán)，進(jìn)行多位數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集分兩個(gè)檔位，一種為每秒一次，另一種為50ms采樣一次。利用一個(gè)開(kāi)關(guān)K2

117、來(lái)控制P1.1口的高低電平，從而進(jìn)行兩檔之間的轉(zhuǎn)化。至于怎樣產(chǎn)生中斷是利用DS12887A的方波中斷來(lái)產(chǎn)生，與單片機(jī)的/INT1相連。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面：所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)每隔一定的時(shí)間存儲(chǔ)一次時(shí)間，每次與外界通信也記錄一次時(shí)間，用來(lái)使用戶確定數(shù)據(jù)的采集時(shí)間。每次通信之初存儲(chǔ)器的位置送給DS12887A的RAM來(lái)保存，通信結(jié)束之后，將地址讀出，再送給ROM。</p><p>　　數(shù)

118、據(jù)通信方面：與外部計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232總線進(jìn)行通信，通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)K1與單片機(jī)的P1.0相連進(jìn)行通信的開(kāi)啟。在程序設(shè)計(jì)方面，還對(duì)這一方面進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，即通過(guò)與外部計(jì)算機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)外部計(jì)算機(jī)對(duì)采樣方式進(jìn)行改變，例如：可以通過(guò)外部計(jì)算機(jī)上的不同按鍵，來(lái)實(shí)現(xiàn)ADS1100采樣是單周期轉(zhuǎn)換還是連續(xù)轉(zhuǎn)換的設(shè)置，還可以設(shè)置其轉(zhuǎn)換速率及增益，通過(guò)增加增益值，即使是微弱的變化值也可以清楚的體現(xiàn)出來(lái)。</p><p>　

119、　另外，數(shù)據(jù)采集過(guò)程以及與外部通信過(guò)程也設(shè)有相應(yīng)的指示燈來(lái)顯示，給人更直觀的印象。這一功能是利用在P1.3以及P1.7引腳外分別附加一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　具體的程序流程圖如下：</p><p>　　圖4-13 主程序流程圖</p><p>　　圖4-14 鍵盤中斷服務(wù)程序</p><p>　　圖4-15 周期中斷服務(wù)程序

120、 圖4-16 與PC通信子程序</p><p>　　圖4-17 換檔子程序 </p><p>　　圖4-18 向ADS1100寫配置 圖4-19 更新DS12887A時(shí)間</p><p>　　圖4-20 從ADS讀入兩個(gè)字節(jié)

121、圖4-21 將ADS緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)</p><p>　　至接收ADS數(shù)據(jù)緩存器 存入ROM </p><p>　　圖4-22 將ROM中數(shù)據(jù)讀到A中 圖4-23 將A中數(shù)據(jù)傳到ROM中</p><p>　　圖4-24把A寫入DS12887A中 圖4-25 把DS128

122、87讀入A中</p><p><b>　　電控柜的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　元件的位置設(shè)計(jì) </b></p><p>　　據(jù)所選的電器元件的大致尺寸，布置電器位置如下：</p><p>　　在控制柜內(nèi)部前視圖：</p><p><b>　　上部分：&