IC卡電子壓力表的設(shè)計(jì)
1.引言
IC卡電子壓力表是以IC卡為存儲介質(zhì)的便 攜式測量儀表，是專為油田采油生產(chǎn)井壓力數(shù)據(jù) 的測量和管理而設(shè)計(jì)的。使用時將傳感器固定在 井上的壓力傳導(dǎo)接頭上，在壓力表中插入IC卡并 按下測量開關(guān)，壓力測量數(shù)據(jù)自動存儲在IC卡 上。管理員定期回收IC卡，通過安裝在計(jì)算機(jī)上 的讀卡器回放卡內(nèi)數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的分析和處理。
2.硬件電路設(shè)計(jì)
圖1為1C卡電子壓力表硬件電路原理圖。
壓力傳感器測量管線內(nèi)的壓力，傳感器的輸出信號經(jīng)過接口電路調(diào)理后，由機(jī)械表頭顯示;當(dāng) 表中插入IC卡時，開關(guān)S2閉合，按下測量開關(guān) S1，放大器的輸出信號經(jīng)A/D變換后，讀入單片 機(jī)并寫入IC卡內(nèi);測量完成后，取下傳感器，壓力 表的電源自動斷開。
調(diào)理電路的輸出電壓(即A/D變換器的輸入 電壓)為：
"=5 VX(RJ(RU+RU))+U0X (49.4 kO/^o+l) '
其中傳感器的輸出電壓為：一5?+ 15 mV， 則A/D變換器的輸入電壓范圍為:0?+ 3.8 V。
圖1中表A是為了在1C存儲失敗時確保野 外測試數(shù)據(jù)的完整性;同時，考慮到傳導(dǎo)接頭受外 部環(huán)境的侵蝕可能會引起接觸不良，表頭與選擇 存儲開關(guān)的共同使用，可以確保存儲數(shù)據(jù)的真實(shí) 性;機(jī)械表頭的選擇更是考慮到陽光下的顯示效 果。圖中電位計(jì)PR1為表頭的調(diào)零電位器。
圖1中S3是時間設(shè)置開關(guān)。當(dāng)壓力表需要校 準(zhǔn)時間時，接通S3，插入記錄當(dāng)前時間的1C卡， 單片機(jī)自動讀入當(dāng)前時間，并對串行時鐘芯片 DS1302的進(jìn)行時間設(shè)置。
報(bào)警電路主要完成對重復(fù)測量、使用非初始 化1C卡、電池電壓過低以及測量記錄完畢的提示 和報(bào)警。
單片機(jī)PIC16C56采用上電復(fù)位，RB1 口為 電池電壓檢測端。
系統(tǒng)由兩節(jié)5號電池供電，由MAX756 DC/ DC變換器提供1C卡工作電源，該芯片轉(zhuǎn)換效率 高、自帶低壓報(bào)警端和輸出短路保護(hù)功能。
3.軟件設(shè)計(jì)
3.1數(shù)據(jù)采集
IC卡電子壓力表數(shù)據(jù)采集程序流程如圖2 所示。
單片機(jī)上電后，程序檢測電池電壓，如電壓過 低，系統(tǒng)發(fā)出短促的一聲報(bào)警，提示更換電池，程 序結(jié)束，如電壓正常，系統(tǒng)等待進(jìn)入測量狀態(tài)。
程序檢測到有卡插入并且測量開關(guān)接通，單 片機(jī)讀取并核對密碼，如密碼核對失敗，系統(tǒng)鳴叫 3聲，程序結(jié)束，如果密碼核對成功，程序檢測是 否進(jìn)行時鐘設(shè)置。
.如果RB2為高電平，系統(tǒng)進(jìn)行時鐘設(shè)置， PBR2為低電平，系統(tǒng)將檢查最后兩次測量時間， 若當(dāng)天存儲數(shù)據(jù)已為3組，系統(tǒng)鳴叫兩聲，程序結(jié)束，否則，存儲當(dāng)前時間和測量數(shù)據(jù)，并鳴叫一聲 提示測量存儲完畢。
3.2初始化和數(shù)據(jù)回收軟件
初始化和數(shù)據(jù)回收軟件主要具有3個功能：
(1)讀IC卡數(shù)據(jù):選取該功能后，計(jì)算機(jī)提 示輸入磁盤文件名，確認(rèn)后計(jì)算機(jī)讀取IC卡數(shù) 據(jù),以二進(jìn)制格式存入指定的文件中。
共讀取1 200字節(jié)’200組數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)過 程中，如發(fā)生錯誤，計(jì)算機(jī)會給出相應(yīng)提示。
(2)初始化IC卡,主要完成密碼的設(shè)置。
時間設(shè)置:選擇此功能，計(jì)算機(jī)將當(dāng)前日 期、時間寫入1C卡，日期時間存在固定區(qū)域，與數(shù) 據(jù)區(qū)不沖突。
4.測量電路設(shè)計(jì)精度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
壓力表的工作溫度范圍是：一 35?50 C,溫 度是影響壓力表測量精度的主要因素，下面是壓 力測量電路的精度計(jì)算：
溫度增益導(dǎo)致的誤差:AD620的溫度增益系 數(shù)—50 ppm/'C，電阻溫度系數(shù)15 ppm/C，則最 大誤差為0. Ill mV;失調(diào)電壓導(dǎo)致的誤差： AD620輸入失調(diào)溫度系數(shù)的最大值0. 6 MV/€， 輸出失調(diào)溫度系數(shù)的最大值7 yV/ C，放大倍數(shù) 為190，折合到輸出端的總誤差為10. 285 mV;基 準(zhǔn)誤差:基準(zhǔn)電壓由REF195提供，REH95的溫度系數(shù)為5 ppmAC，分壓電阻的溫度跟蹤系數(shù)為 10 ppm/X：，誤差為12. 210 mV;量化誤差為 0. 122 mV。
按最壞情況考慮，壓力測量電路的總誤差為 22. 728 mV,壓力測量電路的精度約為0. 59%。壓 力傳感器的選擇和產(chǎn)品的最終標(biāo)定都是由用戶完 成的，壓力表（不含傳感器）的實(shí)際測量精度為 0. 58%，滿足用戶提出的0. 7%的測量要求。
5.結(jié)語
IC卡電子壓力表是針對油田的特殊應(yīng)用環(huán) 境而設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品的樣機(jī)已通過了油田用戶的驗(yàn) 收。
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