基于单片机的井口压力计设计

吴猛

摘要：采用PIC18F26K20单片机设计一款井口压力计，实现对油井压力信号的采集、显示和存储功能。单片机采用瓦纳技术低功耗管理，可以自动唤醒、运行功耗低，利用熔丝深埋工艺，保密性好。

关键词：井口压力；PIC18F26K20；低功耗

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0006-02

石油是现代社会经济发展不可或缺的重要战略资源，对国民经济的持续稳定发展和国防安全非常重要。我国石油资源相对缺乏，国内很多油井采收率低下，因此提高油井开采寿命和采收率、提升油井生产的测试技术水平成为关键问题。目前，石油行业对数据采集的效率、数据的精准程度要求越来越严格， 井口压力是油井的关键指标，只有检测出井下油层的压力情况，实时掌握井下压力的动态变化，才能优化油井产能，保障安全生产。

1 系统总体方案

本设计以PIC18F26K20芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器，实现对油井温度、压力等参数的周期性测定。采用电池供电的方式，外接波特率信号发生器，井口压力信号通过内置在压力计内部的扩散硅压阻式芯片采集进来，经A/D转换后传送给处理单元单片机，处理后的数据传送到存储器存储，并通过传输线实时传输，在液晶显示器上显示。总体结构框图如图1所示。

2 硬件电路设计

2.1 PIC18F26K20单片机及其最小系统的设计

PIC18F26K20单片机使用高性能的RISC CPU作为内核芯片，采用NanoWatt XLP的超低功耗管理，可以自动唤醒，利用瓦纳技术降低运行功耗；芯片以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，恢复熔丝的可能性极小，具有极强的保密性。

PIC18F26K20单片机最小系统是在单片机芯片基础上，设计了时钟电路和复位电路，保证了单片机的最基本功能。

时钟电路由两个电容和一个晶振组成，设计采用3.6864M的晶振，来控制单片机运行。

复位电路采用上电复位的方式实现单片机的复位功能。当VDD上升到高于某个门限时，就会在片上产生上电复位脉冲。将/MCLR引腳通过一个电阻连接到VDD。这样可以省去产生上电复位延时通常所需的外部RC元件。设计中复位电路和单片机的液晶显示相连接，保证压力计采集数据后重新进行数据显示。单片机的9、10引脚外接晶振XY1和电容，构成时钟电路。/MCLR引脚提供了触发器件外部复位的方法，将该引脚拉低可以产生复位信号。14、17引脚连接供电电路8、19引脚接地。

2.2 信号采集电路设计

本设计利用压阻式原理采集压力，并通过AD7794转换后，传输到PIC单片机。信号采集电路中包括Keller sweies 8型压力传感器、阻值分别为2K和100R的两个色环电阻、滤波电路、AD7794转换芯片等。压力信号采集电路如图2所示。

2.3 电源电路、存储模块电路、显示电路设计

压力计的电源模块选用REF3125作为基准电压源，TPS76030做稳压芯片，采用特制电池供电的方式。电池输出电压为3.9V，通过电源芯片将3.9V电压转换为2.9V电压，给单片机进行供电。

系统采用AT25DF641存储器进行采集数据的存储工作。存储模块电路引脚与单片机引脚进行连接，由单片机对信号处理后直接传输给存储器AT25DF641，将单片机的2、6、3、5引脚分别和存储器模块的7、8、16、15引脚相连接。

井口压力计液晶显示模块采用的是LCM12864。LCM12864通过调节电压来调节对比度。显示模块是插在电路板的固定插座上面，插座端口直接和单片机进行连接，具有很好的稳定性。

3 程序设计

在Keil uVision4编程环境实现设计了系统主程序及各子程序。

主程序控制着单片机系统按照预定的控制方式运行。系统上电之后，先行对存储器进行初始化操作并擦除残留数据，显示模块初始化，并对传感器进行校准。通过对实际环境中参数的采集，通过AD转换到单片机，并按照指令将数据保存并显示。主程序框图如图3所示。

系统子程序包括初始化程序、数据采集子程序、存储子程序及显示等子程序等。

4 结语

基于PIC18F26K20单片机的油井井口压力计，可以快速、直观、快捷的测量油井温度、压力参数，并进行实时显示和存储；测量精度在0.01左右，完全可以满足对油井温度压力信号的采集分析工作。

参考文献

[1]艾学忠.单片机原理与接口技术[M].机械工业出版社，2012.

[2]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[3]陈堂敏，刘焕平主编.单片机原理与应用.北京理工大学出版社，2007.

[4]吴凌燕.基于Proteus的单片机仿真设计[J].仪表技术.2011：31-37.endprint