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以AT89S52单片机为核心油井远程数据采集系统的设计.doc
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以AT89S52单片机为核心油井远程数据采集系统的设计
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I
摘要
石油资源是世界各国的重要资源,它关系到国民经济的正常运行,所以油井
的管理和监控成为备受关注的大事。本论文设计了一个油井远程数据的采集的系
统。
本系统以 AT89S52 单片机为核心构建硬件平台,对温度、压力和流量进行检
测。并将传感器输出的电流信号转换为电压信号后经滤波放大后送入 A/D 转换器
件,由 AT89S52 进行数据的分析处理。由于 AT89S52 单片机自身 I/O 口有限,系
统通过扩展一片 8255 芯片,实现了采样、键盘设定、显示、报警等功能。在软件
的设计上,使用 C 语言编程,包括主程序模块、CAN 总线接口的数据通信模块、
显示模块、数据采集模块、显示模块、键盘模块和 A/D 转换模块的设计。
本设计实现了下位机对现场温度信号、压力信号以及流量信号的采集,通过
CAN 总线将分布在现场的数据采集模块连接在一起,通过网络进行远程数据采集
和控制的功能,实现作业现场环境的远程监控和操纵。
关键词:AT89S52;CAN 总线;数据采集系统
II
Abstract
Oil resources are the important resources of all countries in the world, it is related
to the normal operation of the national economy, Therefore,wells's management and
monitoring are big matter which were concerned. This paper designed of a oil well
remote datat system.
This system takes the AT89S52 as the core of the hardware platform, to detect the
temperature, pressure and flow. And the output signal of sensor into voltage signal after
filtering and amplification are sent to A/D converter, for data analysis and processing by
AT89S52. Since the AT89S52 I/O Export Co, system by extending a 8255 chip, realizes
the functions of sampling, keyboard, display, alarm. In the software design, the use of C
language programming, including the main program module, CAN bus interface data
communication module, display module, data acquisition module, display module,
keyboard module and A/D conversion module design.
The design achieved that lower machine gathering temperature signal, pressure
signal and the flow of signal on site, data acquisition module will be distributed at the
scene through CAN bus are connected together, the remote data acquisition and control
through the network functions, realizing on-site environmental remote monitoring and
control.
Key words:AT89S52;CAN bus;DA
III
目 录
第 1 章 绪 论 ...........................................................................................................1
1.1 课题的来源及意义 ....................................................................................1
1.2 CAN 总线 ..................................................................................................2
1.3 国内外研究现状 ........................................................................................2
1.4 论文研究的内容 ........................................................................................3
第 2 章 方案论证 .....................................................................................................5
2.1 概述 ............................................................................................................5
2.2 方案论证 ....................................................................................................5
2.2.1 控制器模块论证 .............................................................................5
2.2.2 电源模块论证 .................................................................................6
2.2.3 压力采集模块论证 .........................................................................7
2.2.4 流量采集模块论证 .........................................................................7
2.2.5 温度采集模块论证 .........................................................................8
2.3 远程数据采集系统设计方案 ....................................................................8
2.4 系统总体设计方案 ....................................................................................9
第 3 章 硬件设计 ...................................................................................................11
3.1 AT89S52 单片机 .....................................................................................11
3.2 复位电路 ..................................................................................................12
3.3 晶振电路 ..................................................................................................12
3.4 A/D 转换电路 ..........................................................................................13
3.5 电源电路 ..................................................................................................15
3.6 报警电路 ..................................................................................................17
3.7 显示电路 ..................................................................................................18
3.8 CAN 总线接口电路 ................................................................................19
3.9 I/O 口扩展电路........................................................................................20
3.10 滤波电路 ................................................................................................21
3.11 放大电路 ................................................................................................22
3.12 键盘电路 ................................................................................................23
3.13 压力传感器的选择 ................................................................................24
IV
3.14 温度传感器的选择 ................................................................................26
3.15 流量传感器的选择 ................................................................................27
第 4 章 软件设计 ...................................................................................................29
4.1 软件设计概述 ..........................................................................................29
4.2 主程序流程图 ..........................................................................................29
4.3 CAN 总线通信模块的程序设计 ............................................................31
4.4 传感器节点流程图 ..................................................................................33
4.5 A/D 转换软件流程图 ..............................................................................34
4.6 显示电路流程图 ......................................................................................35
4.7 键盘电路流程图 ......................................................................................36
第 5 章 结论 ...........................................................................................................38
参考文献 .................................................................................................................39
致谢 .........................................................................................................................40
附录 I.......................................................................................................................41
附录 II......................................................................................................................48
附录 III ....................................................................................................................50
0
第1章 绪 论
1.1 课题的来源及意义
随着信息技术的飞速发展,各种实时数据的采集和处理在现代工业控制中已
成为必不可少的。现代控制系统的发展逐渐向开放式、分布式系统发展,即是一
个集实时数据采集、数据处理与决策于一体的数据控制系统。这样的控制系统采
集的数据准确、及时,能够提供准确而又及时的系统决策。
20 世纪 90 年代中后期掀起的信息浪潮,极大的推动人类社会各行业技术革新
的迅速发展。随着石油科技的发展,石油工业正向智能化和信息化过渡。石油资
源是世界各国的重要资源,它关系到国民经济的正常运行,所以油井的管理和监
控成为备受关注的大事。全球经济的发展使国际原油价格对我国的采油行业产生
了很大的影响,减员曾效,降低生产成本,提高劳动效率,减少安全隐患,使油
田行业当前和今后一段时期的主要任务。
油田很多位于沼泽、沙漠、盆地和浅海等地区,远离城市,交通不便。传统
的人工巡检、数据采集以及相对落后的监控手段,往往需要投入大量的人力、物
力、财力来维护生产设备的运转。如果没有一套行之有效、切实可行网络化监测
管理手段,加之油田存在一些不安全因素,就有可能导致油井的正常生产秩序遭
到破坏。通过 CAN 总线通信设备监测油井的流量、压力、温度等参数,通过计算
机处理和分析,在中心控制室就能迅速准确的获得这些油井参数,这些对于实现
油井管理的自动化、提高工作效率、保证数据采集的准确性及加强现场事故应急
处理等都具有非常重要的意义。本设计是利用 CAN 网络通信对油井进行远程监控,
目的就是实现油井管理的无人看守,即使油井处于边缘地区、距离较远,本系统
也能监测到油井的实时数据信息,并且如果油井出现漏油现象系统会发出报警,
管理人员可以即使做出处理。因此本项研究设计符合油田的发展需要,是油田数
字化、自动化的基础。
本课题充分利用单片机集成度高、运行可靠、价格低廉等特点,把单片机作
为现场数据采集的核心,结合各种传感器,采集油井的各项参数数据,利用覆盖
面广、技术成熟的 CAN 总线通信技术,将数据实时传送到中心控制室,使管理者
不必到现场就可以及时、准确的获取第一手资料。
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