井下压力测试系统的低功耗设计
低功耗压力采集系统设计
DOI:10.19551/ki.issn1672-9129.2021.03.068低功耗压力采集系统设计秦允振(上海控宇自动化仪表有限公司㊀201107)摘要:本文介绍了一款采用电池供电的低功耗压力采集设备㊂文章从硬件设计和软件设计分别进行产品介绍㊂硬件设计介绍了,根据产品需求选择硬件主控芯片设计低功耗的硬件电路,低功耗芯片选择STM32L151㊂软件介绍了,使用芯片低功耗控制单元实现休眠模式下保持通讯模块运行㊂软件设计对硬件模块电路控制流程的优化,进程调度中控制硬件模块保持休眠或唤醒㊂使用实时操作系统控制业务流程,在读取压力数据时如何采集压力使功耗电流才能更小㊂用最短时间完成上传数据到服务器的任务,完成任务关闭外设电路使系统进入休眠状态㊂本方案是在硬件和软件配合下完成低功耗压力采集㊂关键词:实时操作系统;STM32L151;休眠模式;进程调度中图分类号:TH812㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-9129(2021)03-0067-02㊀㊀1㊀引言在日常生活中每个家庭都用到燃气,燃气通过管道输送时,安全是不可忽略的一部分㊂需要一台设备对燃气管道的压力实时跟踪检测,对检查的压力情况及时上报到后台服务器或向后台服务器发送报警事件㊂因为,根据国家规定燃气管道附近不能有电线,电线需要和管道留一个安全距离,所以燃气管道的压力检测设备是不能用电线供电的,这样只能用电池供电㊂电池供电设备需要尽量节省功耗㊂综合上述条件,低功耗压力采集设备在燃气运输中不可缺少的㊂根据产品现实应用场景,查找市场低功耗产品分析学习,最终选择高性能超低功耗ARM处理器STM32L151,这款处理器专门用于超低功耗设备,提供了5种时钟源用于在各种功耗模式切换[5]㊂通讯模块选用4G通讯模块(EC20),这款通讯模块市场使用比较多相对比较稳定㊂软件操作系统选择比较精简的实时操作系统FreeRTOS[1],此操作系统代码容易修改维护,进程控制方便㊂有利于优化软件代码流程,做到及时响应事件,快速的完成数据采集和保存,数据上传到服务器㊂使设备用最短时间处理完任务,进入休眠状态做到低功耗㊂2㊀原理与设计2.1硬件设计㊂在电子产品上,硬件设计是基础㊂对于低功耗硬件设计需要更多注意电源电路模块设计,做到每量数据下,人脸识别方法的训练,提升识别率,人脸算法的性能和人脸数据库总量成反比㊂所以人脸识别技术提高的关键在于对外界影响因素的调整能力,只有不断的改善,才能适应外界因素的影响㊂4㊀人脸识别技术在微卡口监控中的应用微卡口是智慧公安建设的一部分,也是智慧型社区防范保障体系的一部分,主要包括小区出入口㊁医院出入口㊁银行出入口㊁校园出入口等区域,监控内容主要包括人脸识别㊁车牌识别㊁实时监控录像等㊂前端人脸识别摄像机具有深度学习算法,机器自身提取目标特征,可形成深层可供学习的人脸图像,支持人脸跟踪,多帧识别,自动筛选,减少重复抓拍,支持人脸瞳距20像素以上的人脸检测;后端采用超脑一体机,集IPC接入㊁存储㊁控制㊁智能分析于一体,实现精准人脸㊁人体㊁车辆识别分析,最终输出结构化数据加人脸图片㊂当前微卡口监控人脸识别技术应用最主要实现的功能是以人搜人以及1:N人脸比对㊂以人搜人主要是在本地或检索记录中上传一张人脸识别照片,进行人体以图搜图,检索结果按相似度高低进行排序;人脸比对主要是根据实时人脸分析结果,与50万在逃库及吸毒库进行结构化1:N模式进行人脸比对,达到或超过预设阈值的,进行报警联动,同时在控制中心或前端支持报警展现㊂人脸识别监控主要由前端人脸识别摄像机㊁传输设备㊁存储设备㊁人脸检测㊁识别㊁跟踪㊁比对等处理分析模块组成;具体工作流程为人脸识别摄像机输出人脸抓拍图片至超脑进行结构化处理,与数据库内人脸布控数据进行智能分析比对,出现警情后进行数据上传,并在显示终端展现报警的动态人脸图片;在这个过程中,人脸识别是核心,主要包括图像摄录㊁人脸检测㊁人脸定位㊁人脸识别㊁人脸结构化处理㊁人脸分析比对等几个过程㊂人脸识别技术极大提高了视频监控的清晰度和辨别度,这对人脸的识别和排查有着巨大帮助㊂在公安人员进行办案的过程中,人脸识别技术无疑节省了大量的人力和物力,技术人员无须从海量的数据库中一一对比,通过人脸识别技术即可立即分析出人物特征㊂这对我国的社会安全发展起到了很大的促进作用㊂在视频监控的动态视频中,技术人员研发了每一帧画面中提取出人类的面部特征的技术,从提取的人脸信息与数据库中的信息进行对比可以达到事半功倍的效果㊂5㊀人脸识别发展趋势随着生物特征识别技术发展,近几年人脸识别技术也进入爆发模式,尤其商业应用价值越来越高,市场行业应用越来越广泛㊂人脸识别技术是未来安防行业的重大支撑,从安防行业前端设备来说,近年科技人员研究出一种红外线人脸识别技术,通过红外线人脸识别技术,不管是在哪种光线条件下都能提取到比较清晰的面部图像㊂红外线人脸识别技术是传统人脸识别技术的一个实质性突破,在未来的几年中有望大幅应用到人脸识别智能监控系统㊂从算法上来看,当前3D立体人脸识别算法已经对2D 算法缺陷做了补充,对于人脸旋转㊁遮挡㊁相似度等难点,也有一定的应对措施;通过与大数据的结合,深度学习量的扩大,进一步提升了人脸识别的精确度㊂比如通过人脸识别技术使得公安历史照片数据再度存储利用,形成人脸大数据库,能够大大提升公安信息化的管理和统筹,以及历史案件的破获率㊂当前,人脸识别也有自身的使用范围和局限性,为此基于人脸识别的多生物特征融合识别模式将是未来高精度识别系统的首要选择,也是未来身份鉴别领域的发展趋势㊂人脸识别可视化程度高,可以作为基本配置,包括融合指纹㊁掌纹㊁虹膜㊁视网膜㊁声纹㊁手血管㊁步态等方式的深度融合㊂人脸识别与第三方认证的结合也将成为人脸识别发展的重大趋势,第三方认证最常见的有RFID智能卡㊁USB加密秘钥等方式㊂RFID卡也可以实现无感识别,只需授权并与人脸绑定即可实现安全管理和认证;USB加密秘钥一般是重要终端登录的安全验证方式㊂6㊀结束语总的来说,人脸识别技术是近几年来一项新兴技术,虽然起步的时间较晚,但智能监控中的人脸识别系统已经取得了广泛的应用,并得到了市场的认可,也进入到我们生活的方方面面㊂未来将是人脸识别为主的多生物态组合㊁多模式融合的发展趋势,先进的人脸识别系统为我们的生活带来极大的便利的同时,也会越来越安全,让我们生活的环境越来越安全,让生活更美好㊂参考文献:[1]柳莲花,邹香玲.探究智能视频监控系统中人脸检测与识别技术的应用和相关问题[J].中国安防技术,2018 (21):25.[2]李建勇,周祥彬.探究人脸识别技术在智能视频监控系统中的应用与改进措施[J].中国安防,2019(4):50.㊃76㊃个元器件没有多余的耗电电流㊂为了使硬件没有多余电流,硬件设计上对每个硬件模块添加了电源控制电路,使软件通过GPIO[2]可以控制硬件模块上电工作情况㊂即在系统进入休眠时,软件控制MCU休眠前,通过GPIO先对外设硬件电路下电㊂这样确保系统休眠后,外设硬件处于掉电状态㊂硬件控制电路的主要设计如下:(1)低功耗控制电路设计㊂本设计低功耗硬件电路,根据低功耗MCU[2](STM32L151[4,5])低功耗属性针对控制引脚合理分配㊂主要思路是对外部设备(如4G通讯模块),添加了电源控制电路,用于在不传输数据的时候把4G模块断电,对于LCD显示模块去掉了背光显示电路㊂对于需要休眠时运行的外部电路,配置到可以在低功耗休眠时也能工作的GPIO上,如休眠抓log端口可以配置成低功耗usart㊂(2)通讯电路设计㊂通讯电路是功耗比较大模块㊂在设计低功耗电路时,经过反复改版才完成对通讯模块降低功耗,最终满足的产品的需求㊂通讯模块降低功耗是技术难点,因为通讯电路主要是无线通讯4G电路[5],4G模块电路就涉及到射频电路[6],射频的发射与接收是非常耗电的㊂而且数据发送接收对信号要求比较高,如果设计不好信号会影响比较大㊂信号不好传输数据的时候耗时会比较大,或者传输数据连接不到服务器,导致数据需要重新上传,这样更增加了功耗㊂为了降低功耗4G通讯模块采用MCU的低功耗UART[3]进行通讯,这样在MCU低功耗状态也能保持数据传输㊂2.2软件设计㊂软件设计采用分任务控制方法,分别创建三个进程:休眠任务进程;UI刷新进程;数据上传4G 进程㊂(1)功耗控制方法㊂软件控制功耗的思路是在设备运行时尽量使任务都处于休眠状态㊂任务处于休眠就是把任务唤醒时间缩短,即对每个任务处理数据时做优化㊂对于压力读取,模块发送数据等高功耗操作,系统会退出低功耗模式,进入高速运行模式,使工作尽快处理完毕㊂如果处理进程需要等待某个事件或延迟等待,任务会自动进入休眠,等待事件到后,自动唤醒任务继续处理㊂(2)压力采集㊂压力采集使用PM100-L数字压力传感器㊂这种传感器具有定时自动捕获压力的功能,并且在待机时功耗在1uA㊂软件通过IIC总线读取压力,因为IIC是高频时钟总线所以读取压力数据时,系统必须退出休眠状态,这样会增加功耗㊂为了避免功耗增加功耗,读取压力的操作并没有单独放入定时器中断进行,而是放在UI刷新进程里执行压力读取㊂这样设计有助减少系统唤醒次数,从而降低功耗的作用㊂(3)数据上传㊂压力数据上传使用4G通讯模块发送数据时的功耗比较大,所以对4G模块的操作做了单独优化处理㊂首先,在数据不上传时模块要处于断电关机状态使功耗最小㊂其次,每数据传输时对于传输的数据流程进行优化㊂在4G模块在初始化时,需要等待一段时间,这段时间的功耗比较大,而且模块处于初始化状态,程序不能对其操作,所以程序对这段流程做了优化㊂在模块开机后,保持模块供电,然后系统进入休眠㊂等待10秒后模块准备就绪后,系统退出休眠模式,进行上传数据,这样做到细节上降低功耗㊂3㊀实验及数据分析通过上述硬件和软件配合设计,再根据产品需求定义,最终选定设备的处理流程为:每2秒唤醒一次系统,在系统唤醒时,做读取压力值,刷新系统时间,检测上报数据等操作㊂设备以这个处理流程,用3.3V电池供电㊂在供电总电路上串联一个60Ω电阻,用示波器在电阻两端测量电压变化㊂得出如下波形图:通过测量得出图2,图3,图2得出系统2秒唤醒一次,每次唤醒很短时间系统恢复休眠㊂图3得出每次唤醒时间大概是25ms,唤醒后60Ω电阻电压约等于330mv㊂根据欧姆定律,得出电流:I=U/R=330mv/60Ω=5.5mA 即得出在系统唤醒工作时,电流约为5.5mA㊂得出系统工作的平均电流:i=5.5mA/(2000ms/ 25ms)=68uA即出系统的平均工作电流68uA㊂验证压力数据上传的时间在如下日志中㊂日志是包含了4G模块的信息,从StartReport开始代表4G模块开始上电㊂然后等待大约8秒以后,模块上电完成回复了(RDY OK[7])代表就绪㊂下面是模块找SIM卡(CPIN:READY OK[7])和找移动网络用了两秒时间㊂找到移动网络后,软件开始连接后台服务器,(+QIOPEN:1,0[7])代表设备和后台服务器连接建立完成了㊂到最后发送数据完成总共耗时13秒㊂因为模块上电时间固定是8秒,这个耗时是模块从断电到上电必须的,系统在此时间进行休眠等待㊂数据实际上传数据时间是5秒,这个时间满足产品需求上传数据后快速进入休眠状态㊂4㊀结论本系统设计利用了模块化设计理论,用软件对硬件电路分模块进行管理,对产品功耗实现了有效控制㊂软件通过控制MCU的各种工作模式相互切换,使MCU工作在低功耗㊂软件控制开关电路实现对硬件模块使用时进行供电,不用时断电㊂在进程调度上做细节优化,做到各个功能操作并行处理,完成了尽量少占用MCU资源,使整体设备功耗更低㊂当然对于功耗设计本产品还是有不足的地方,后续可以对于压力采集算法进行待优化比如采用DMA直传的形式㊂另外对于通讯模块选型,可以查找选择一个低功耗的通讯模块㊂最后希望在追求低功耗设备产品设计上,本文的设计思路和方法可以供相关产品借鉴参考㊂参考文献:[1]刘火良㊁杨森,FreeRTOS内核实现与应用开发实战指南:基于STM32[M],北京:机械工业出版社,2019. [2]王永虹㊁徐炜㊁郝立平,STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M],北京航空航天大学出版社,2008.[3]张健㊁刘永民,嵌入式系统低功耗电路设计[J],光电技术应用,2005,20(6):1.[4]STMicroelectronics,‘RM0038_STM32L100xx, STM32L151xx,STM32L152xx和STM32L162xx单片机参考手册“[S],https://.[5]STMicroelectronics,‘DS8928_STM32L162VC, STM32L162RC单片机的数据手册“[S],https://www.stmcu. .[6]Quectel,‘Quectel-EC20-R2.0-硬件设计手册-V1.2“[S],https:///cn.[7]Quectel,‘Quectel_EC20_R2.0_AT_Commands_Manu-al_V1.1“[S],https:///cn.㊃86㊃。
低功耗冲击波超压测试系统设计
2 0 1 3年 4 月
电 子 器 件
C h i n e s e J o u r n a l o f E l e c t r o l I 36 No. 2
Ap r . 2 01 3
De s i g n o f Lo w- Po we r S ho c k W a v e o v e r Pr e s s u r e Ac q u i s i t i o n S y s t e m
L I U Li a n g , MA T i e h u a ' , Y OU We n b i n ’
( 1 . S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o n E l e c t r o n i c T e s t& Me a s u r e me n t L a b o r a t o r y, T a i y u a n 0 3 0 0 5 1, Ch i n a;
2 . I n s t r u en m t s c i e n c e a n d d y n a mi c t e s t l a b o r a t o y r No a h U n i v e r s i t y o fC h i n a ,
a n 0 3 0 0 5 1 , C h i n a)
击波超压测试系统 , 结合测试过程 中压力信号 的采集 、 存储这一问题 , 详细 的阐述 了压力测试 系统 的总体设计 方案 、 工作 原理
及系统组成 。试验表 明 : 该测试系统具有抗干扰 、 抗高冲击 、 高可靠性 、 微功耗等优点 , 适 用于恶劣环境 下数据 的存储测试 。
关键 词 : 冲击波超压; 测试系统 ; 存储测试; 低功耗
煤矿井下冒顶压力监测系统设计PPT
模拟环境
六、调试记录
施加压力值
5kg
数码管显示值
50
警报器是否报警
否
8kg
10kg 15kg 20kg
80
100 150 200
否
是 是 是
七、遇到的问题及解决措施
• 1、PCB布线的时候刚开始毫无头绪,后来 根据原理图布线就容易了。 • 2、焊接的时候不看原理图很难看清元器件 对应的位置。
八、小结
3、MAX485采用单一电源+5 V工作,采用半双 工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS- 485电平的功能。
4、MAX232的作用是实现电平之间的转换,将
RS232电平转换为TTL电平,保证单片机的正 常通信。 5、警报器的作用是当压力值达到预警值的时候 发出警报声,提醒人员矿井顶端的压力出现异 常,以便人员疏散。 6、大数码管是显示压力值的。
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
{ WriteWord(Digit0,G%10); WriteWord(Digit1,G/10%10); WriteWord(Digit2,G/100%10); WriteWord(Digit3,G/1000%10); WriteWord(Digit4,G/10000%10); WriteWord(Digit5,G/100000%10); flag=0; } if(G>G_SOS) buzzer=0; else buzzer=1; } } void serie() interrupt 4 { unsigned char cou=0xff; if(RI) { cou=SBUF; led_in=~led_in; if((cou&0xc0)==0x00)dat[0]=(cou&0x3f); else if((cou&0xc0)==0x40)dat[1]=(cou&0x3f); else if((cou&0xc0)==0x80)dat[2]=(cou&0x3f); else if((cou&0xc0)==0xc0)dat[3]=(cou&0x3f); flag++; if(flag>=4) { G=dat[0]|(dat[1]<<6)|(dat[2]<<12)|(dat[3]<<18); flag=4; } RI=0; } }
井下低压电网保护装置的硬件电路设计
井下低压电网保护装置的硬件电路设计摘要:根据保护装置要实现的功能,确定以ARM7TDMI-S为内核,根据井下综合保护装置的需要,设计了各单元的硬件电路,充分地利用了ARM7TDMI-S处理器的强大功能,以高性能处理器LPC2210为控制核心,使得设计出的整个保护装置与传统的电网保护装置相比具有性能好、成本低等特点。
关键词:LPC2210;接口电路;信号采集一、整体设计方案综合保护的功能是通过硬件执行来实现,硬件系统性能的优劣直接影响保护装置的可靠性、安全性和连续性。
保护装置应能可靠、快速准确将系统中的故障部分切除,避免故障范围进一步扩大,确保人身和设备的安全。
此外还应满足便于现场安装和固件升级等特点。
整个保护装置的硬件框图如下图所示:图1综合保护装置的硬件框图低压综合保护装置通过检测单元获取主线路的电流、电压信号,经逻辑控制单元LPC2210及其外围电子电路分析判断后发出信号控制电路的动作,监测单元由电流和电压互感器对信号进行采集,通过信号调理电路处理后送入A/D转换模块进行A/D转换,可以实时显示矿井下低压电网的状态,并与上位机进行通信等。
二、中央单元在系统的硬件设计中,中央单元的选择对设计来说非常重要,这是因为中央单元的选择直接关系到系统装置的各相功能是否可以实现。
因此,对于保护装置的功能来讲,中央单元应满足以下几个方面的要求:(1)运算速度:由于各种电气故障(尤其是短路、漏电故障)对井下低压电网的危害很大,需要保护装置能够迅速识别并动作,因此中央单元的运算速度要快。
(2)扩展性:随着技术的进步,为了使保护装置的功能可以在当前的基础上继续深入开发,应选择扩展性好,功能强,前景广阔的机型。
(3)功能:中央单元在硬件上必须能满足保护装置对功能的需求,比如接口数不能太少等。
另外,也需根据实际情况综合考虑设备的性价比。
(4)良好的兼容性及稳定性:为了方便对其他硬件设备进行选型,中央单元应具有良好的兼容性;由于井下低压对煤矿生产的重要性,因此高稳定性更是重中之重。
基于单片机的井下存储回放式温度压力测量仪系统设计
的 实 用价 值 。
关 键词 : 单 片机 ; 井下; 实 时检 测
1引 言
在 石 油测 井 中 , 井 下 的 工作 状 况 是 非 常复 杂 的 , 而 井 下 温度 、 压 力 的测 量 更 是 非常 重 要 的 。它 是 我们 以后 试 井 、 录 井 的重 要 参 考数 据 资料 。 目前 国 内外 大 多采 用 机 械压 力 计 进 行测 量 , 受 其 机 械 传感 器灵敏度低以及读 曲线装置分辨率的限制 , 使测量精度很低 。而且 由于其 装 置 的 直径 较 大 ,每 次 测 试 时都 要 把 抽 油杆 从 井 口取 出 , 这 样即费时, 又费 力 , 而 且 又很 烦 琐 , 这 给 测 试工 作 带 来 很 大不 便 。基 于上述情况 , 我 们 研 制 了一 种 新 型井 下 存 储 回放 式 温 度 、 压力 测量 仪 。这 种 仪 器用 于 井 下 温度 、 压力 的测 量 , 该 仪 器采 用 模 块 化结 构 , 即分 为 温 度 、 压力模块 , 采 用 存 储 回放 技 术 , 提 高 了测 试 精 度 , 改 善 了劳动条件。同时该装置还具有低功耗 、 耐高温 、 性能稳定 、 使用方 便 的 特点 。 2 系统 结构 原 理 该 系统 主 要 由四 部 分组 成 : 传 感器 部 分 、 V / F转 换 部分 、 单 片 机 存 储 部分 、 单 片 机 回放部 分 。传 感器 由温 度传 感 器 和 压 力传 感 器 构 成, 由 它来 测 量 最初 的温 度 、 压力 信 号 ; V / F 转 换 器 完 成 模 拟 量 转 换 成 数 字量 的任 务 ; 单 片机 负 责数 据 的采 集 和存 储 以及 回放 。
图 2温度补偿压 力传感 器原理 图 图3 L M3 3 1 与单片机的连接 电路 3 . 4 V / F转换 器 的选 择 V / F转 换 器 由 L M3 3 1 构成日 , L M3 3 1 电压/ 频率转换 电路( 以 下
石油井下测试仪掉电保护方法设计
石油井下测试仪掉电保护方法设计【摘要】目前石油井下测试仪对井下射孔弹发射期间的强震荡引发的仪器掉电现象没有采取针对性的保护措施。
针对此背景下射孔弹发射瞬间测试仪器掉电导致丢失关键数据的问题,提出了石油井下测试仪掉电保护的方法,为在仪器供电输入端使用掉电保护电容的掉电保护采样策略,在保证仪器数据记录完整性的同时延长了仪器掉电后的工作时间,极大的提高了仪器在恶劣环境中的稳定性。
经大量模拟实验及井下实验验证了采用该掉电保护方法可以最大限度的保护关键数据,提高了仪器单次测试的可靠性。
【关键词】测试仪器;掉电保护;恶劣环境1.引言在井下裂缝长度无法直接测量的情况下,井下射孔/压裂过程的压力-时间曲线是射孔弹发射、地层开裂等过程的最直接并几乎是唯一的表征量[1]。
因此石油井下的压力数据准确获取成为了测井技术的核心。
没有采取掉电保护措施的测试仪器在井下工作时存在掉电丢失数据的隐患,因此需要对石油井下测试仪采取针对性的掉电保护措施。
针对射孔弹发射瞬间测试仪器掉电导致关键数据丢失的问题,提出了适用于石油井下测试仪的掉电保护方法。
2.测试仪器结构及工作流程2.1 测试仪器结构石油井下测试仪由电池、数字电路稳压模块、模拟电路稳压模块、数字电路、模拟电路及传感器组成。
仪器采用了分时分区供电的方式以控制其工作过程中的功耗[2]。
其工作原理为,测试仪器由外置电池对其供电,电池输出经数字电路稳压模块与模拟电路稳压模块稳压后对分别对数字电路与模拟电路供电,其中模拟电路稳压模块的使能由数字电路控制。
仪器工作时传感器将压力信号转换为电信号经模拟电路调理后传送至数字电路以完成测量与记录。
石油井下测试仪结构图如图1所示。
图1 仪器结构2.2 仪器工作流程测试仪器的常规工作流程为上电编程后即进入唤醒休眠状态,此状态下仪器每分钟从休眠状态唤醒采集并记录一个点,采集记录完成后仪器重新进入休眠状态。
随电缆下井至目标深度后由绝对压力触发进入待触发状态,仪器高速125kHz 采集,并每秒钟将当前所采集的数据存储。
基于单片机的矿山压力检测系统的设计毕业设计论文
题目:基于单片机的矿山压力检测系统设计学生姓名:学号:系(部):专业:入学时间:年月导师姓名:职称/学位:助教/硕士导师所在单位:毕业设计(论文)提交时间:目录1.绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2 矿山压力监测系统研究概况及发展趋势 (2)1.3 矿山压力监测系统研究内容概述 (3)2.矿山压力检测系统组成与要求 (4)2.1矿山压力检测系统的结构与组成 (4)2.2系统功能 (4)2.3系统技术特点 (4)2.4压力传感器优点 (5)2.5井下监控基站 (5)3.压力检测系统的硬件设计 (6)3.1 89C52单片机功能描述与外部引脚定义 (6)3.1.1功能描述 (6)3.1.2外部引脚定义 (6)3.2 检测系统硬件设计 (7)3.2.1系统原理设计总方案 (7)3.2.2各种芯片功能介绍 (8)3.2.3系统设计原理图 (8)4 压力检测系统软件设计 (12)4.1压力检测系统软件流程图 (12)4.2单片机的中断系统简介 (13)4.3系统C语言驱动程序 (13)结论 (17)参考文献 (18)致谢.....................................................19摘要矿山压力监控系统是煤矿信息管理的基础设施,它依托工业企业网的建设而存在,是企业信息化建设最重要的一个组成部分。
它是一种综合的集成技术,涉及现场总线技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、多媒体技术、控制技术和网络技术等。
从网络结构上,煤矿井下压力监控系统可分为信息网和控制网两层。
信息网处于工业企业网的上层,使企业数据共享与传输的载体:控制网处于工业企业网的下层,与信息层紧密地集成在一起,服从信息网的操作,同时具有独立性和完整性。
矿山压力监测系统主要研究采煤工作面矿山压力观测和巷道矿山压力观测。
采煤工作面主要监测工作面四周围岩的应力变化、顶底板变形与破坏、支柱压缩与载荷、煤壁片帮、支架变形与折损等,并进行记录、整理分析。
井下工具测试系统研制
46 海上油气田对井下工具性能和可靠性要求极高,而耐高温高压井下工具的极限性能测试手段严重缺乏,无法验证研发工具的功能和可靠性。
国内外同类型测试系统结构均较为复杂,投资均超过千万元,经济性不满足要求。
目前国内尚无达到370℃高温条件下的高压试验设备。
国内外同类设备均为竖直井筒,无法模拟大位移井、水平井的井下工况[1]。
此外,获得国际认证(API美国石油学会)是产品进入市场的必备条件。
本文面向工程应用,针对高温高压井下工具测试需求,设计了一套水平放置式高温高压测试系统。
1 测试系统的整体技术参数(1)测试介质:耐高温液压油/氮气;(2)测试温度和压力:220℃/105MPa;370℃/35MPa;(3)最大轴向载荷:1300kN;最大轴向行程:1.2m;(4)最大扭矩:15kN·m[2];(5)适用井筒规格:9-5/8”、7-5/8”、7”、5-1/2”;(6)井筒有效长度:6m。
2 测试系统的技术方案2.1 整体布局将力加载装置、井筒支撑座、升温装置、气液泄漏检测系统及附属部件集成于安全防护箱(45H)中;将空压机、储气罐、冷干机、过滤器及附属部件集成于设备集装箱(20尺)中;将远程控制系统、人员操作空间等集成于控制集装箱(20尺)中。
测试系统整体布局如图1所示。
2.2 安全防护箱(1)安全防护箱尺寸参考 45H高柜集装箱,箱体防护钢板选材为Q235,三层防护厚度为15mm。
箱体内侧安装钢制防护模块,每个模块独立安装,当有损坏时,可将损坏的模块更换。
(2)安全防护箱底部铺设导轨,箱体外铺设外延导轨,外延导轨和箱体中的导轨良好对接,便于井筒支撑台架进出防护箱,导轨长度满足被测试工具串在防护箱外安装的要求,并可至少承载15t的重量。
(3)安全防护箱的底部安装收集装置,用于储存作业完成后的测试介质,并可通过泵将过滤井下工具测试系统研制闫志远1 张洪楠2 陈安安1 1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 3004522. 中国海洋石油有限公司天津分公司 天津 300452摘要:针对国内目前测试系统不能满足高温高压井下工具模拟测试的现状,设计了水平放置式井下工具高温高压测试系统。
油井井下高温度和压力测试系统研究与应用
油井井下高温度和压力测试系统研究与应用作者:韩建, 郭智源, 张西鹏, 张彦龙来源:《现代电子技术》2011年第19期摘要:为了对井下温度压力参数测试系统进行研制,采用铂电阻和蓝宝石硅晶体作为前端传感器,系统采用井下直接测量,避免通过中间介质进行传导,可实现较小误差。
恒流源驱动方式使采集前端信号工作稳定,采用时间同步的方式将采集信号与深度关联,数据分析时能够绘出温度压强随油井深度变化的曲线,实现精确测量,掌握地层分布规律。
关键词:PT1000;高温度;压力测量;恒流源中图分类号:TN919-34; TP273文献标识码:A文章编号:1004-373X(2011)19-0128-02Research and Application on Test System of High Temperatureand Pressure Underground WellsHAN Jian, GUO Zhi-yuan, ZHANG Xi-peng, ZHANG Yan-long(College of Electronic Science, Notheast Petroleum University, Daqing 163318, China)Abstract: In order to develop a test system of the parameters of high temperature and pressure underground wells, Platinum resistance and Si-sapphire are used as sensor of front-end. The way of directly measurement is used by this system to avoid conduction between medium so that decrease the error. It is stable in sampling the signal of front-end driven by constant-current source. Sampled signals are relation with depth by the way of synchronization in time, and the curve of temperature and pressure can be draw as the variations of depth on wells when analyzing the data. The rules of stratum distribution are mastered with the accurate measurement.Keywords: PT1000; high temperature; measurement of pressure; constant-current source0 引言在开采石油的过程中,井下的温度和压强是必不可少的测量参数,准确的井下温度和压强测量对于油井监测等都具有重要的作用。
基于无线通信的井下低功耗压力传感器设计
基于无线通信的井下低功耗压力传感器设计潘长城;常青;王耀力【摘要】To compensate the flaws of the wired mine pressure monitoring system,a design method and implement circuit of mine-used wireless low-power pressure sensor were proposed in this paper.The hardware circuit,software process and system clock were optimized for low power in the study,MSP430 was used as the core of hardware circuit,the digital switch of the various func-tional sub-module and the method of interrupt scheduling were configured firstly,which effectively increased the sleep time of the core circuitry and saved the energy consumption;Secondly,to reduce the power consumption during CPU runtime,the main system clock source was deployed and clock frequency was reduced.Finally,the formal expression of the diffused silicon sensor input-out-put relationship and uncertainty were given in the paper.The range of the pressure sensor is0~70 MPa,the test result shows that the maximum error of pressure is 0.1 MPa.The digital sensor has the characteristics of small,strong anti-interference,easy mainte-nance,high safety and so on.%针对有线矿压监测系统存在的缺陷,提出了一种低功耗矿井无线压力传感器设计方法与实现电路。
油气井射孔压裂压力测试系统的设计与研究
油气井射孔压裂压力测试系统的设计与研究【摘要】本文介绍了油气井射孔压裂压力测试系统的设计与研究。
在分析了研究背景和研究意义。
在正文部分中,详细阐述了系统设计原理,系统组成部分,系统实验验证,系统优化改进和系统应用前景展望。
在总结了设计与研究的成果,并展望了未来工作方向。
该系统能够提高油气井射孔压裂过程中的压力测试效率和准确性,有望在油气勘探开发领域得到广泛应用,推动油气资源的有效开发利用。
通过本研究,为油气井射孔压裂工艺的改进和优化提供了重要的理论支撑和技术指导。
【关键词】油气井、射孔压裂、压力测试系统、设计、研究、背景、意义、原理、组成部分、实验验证、优化改进、应用前景、总结、未来工作、展望1. 引言1.1 研究背景石油和天然气是世界上最重要的能源资源之一,油气开采是石油工业的重要环节。
油气井射孔压裂压力测试系统作为油气开采过程中的关键装备之一,其设计与研究对于提高油气勘探开发效率、降低生产成本具有重要意义。
随着油气资源的逐渐枯竭和开采技术的不断推进,油气井射孔压裂压力测试系统的要求也越来越高。
传统的系统设计存在一些问题,例如测试精度不高、操作复杂、易发生故障等。
如何设计一种高效、稳定、精准的油气井射孔压裂压力测试系统成为当前亟待解决的问题。
在这样的背景下,开展油气井射孔压裂压力测试系统的设计与研究,旨在优化系统结构,提高测试精度和稳定性,降低设备故障率,从而为油气勘探开发提供更好的技术支持和保障。
的探讨将有助于更好地理解本文的研究意义和价值。
1.2 研究意义油气井射孔压裂压力测试系统是油气田开发中非常重要的一项技术。
其研究意义主要体现在以下几个方面:1. 提高油气井生产效率:通过对油气井射孔压裂压力进行测试,可以更准确地了解井底情况,帮助确定最优化的生产方案,提高油气井的生产效率。
2. 降低开发成本:射孔压裂压力测试系统可以帮助工程师们更快速、准确地获取井底数据,从而降低勘探开发的成本,提高经济效益。
井下压力接收装置的电路设计应用
井下压力接收装置的电路设计应用张玺亮;马认琦;李汉兴;陈红新【摘要】井下压力接收装置是为研究钻井液负脉冲在下传过程中衰减和抗千扰能力的一种装置,分析了装置的电路设计,介绍了它的基本原理和元器件的选择,并针对脉冲信号干扰影响性较大的井深、信号传递方式、泵压、脉冲信号的振幅等主要因素,进行了钻井循环作业下的井下试验压力数据采集现场应用.【期刊名称】《石油工业技术监督》【年(卷),期】2011(027)001【总页数】3页(P11-13)【关键词】压力信号;信号下传;数据采集【作者】张玺亮;马认琦;李汉兴;陈红新【作者单位】中海油能源发展股份有限公司,监督监理技术分公司,天津,塘沽,300452;中海油能源发展股份有限公司,监督监理技术分公司,天津,塘沽,300452;中海石油研究总院,北京,100025;中海石油研究总院,北京,100025【正文语种】中文旋转导向钻井技术作为自动化较高的钻井技术,正逐步在钻井现场推广,其核心技术是钻具在旋转过程中,可以自动实现井下闭环轨迹导向钻井,国内的学者进行了相关的调研及研究工作[1,2],主要包括地面监控系统、地面指令下传系统、井下工具系统、井下测量系统、数据上传系统及井下闭环短程通讯系统等部分组成,作为及时调整井眼轨迹的地面指令下传系统是旋转导向钻井技术的关键技术之一[3]。
应用于地面与井下通讯的信息传输方式,主要有4种:钻井液脉冲、绝缘导线、电磁波和声波[4]。
其中电磁波和声波的传输速度最快,由于信号衰减严重[5],受环境干扰较大,不易接收及检测,只能应用于浅层油气井,技术没有得到推广;绝缘导线传输方式安全可靠,需要特殊的钻具,不适于导向钻井系统推广。
钻井液脉冲方式对钻井工艺无特殊要求和限制,在钻井液中产生正脉冲作为井下数据上传的方式,已经得到广泛使用。
利用钻井液的负脉冲将地面指令下传,受井深、循环压力以及衰减速率的影响,在不改变钻井液循环携砂环境下,安全可靠的将指令下传,是旋转导向技术需要解决的关键技术。
低功耗井下压力温度计设计
低功耗井下压力温度计设计作者:苏丹指导老师:王西昌翁惠辉长江大学电信学院摘要:本文介绍一种用于注水井下高温、高压环境的井下压力测试仪。
该仪器采用MSP430F123为总控制器,能够实时测量,存储环空压力参数。
该文着重阐述压力测试仪的硬件设计以及对软件设计。
关键词:MSP430;信号采集;信号调理0 引言该测试仪的功能是对注水井下面原始压力的数据采集、存储与传输任务。
1 系统结构测试仪由两大部分组成,系统的框图如图1所示。
第一部分为井下部分,由传感器及其信号调理电路、单片机、存储器和电源构成。
该部分以MSP430单片机为核心,传感器测得的模拟信号经过信号调理电路通过AD转换器采样后送到单片机内部进行初步处理,经单片机处理后的数据存入系统板上的存储器中,完成信号的采集、存储。
第2部分为地面部分,主要由微机构成,对测试的数据进行分析、处理并显示数据图表和打印测量的数据。
两者之间的联系通过通信接口传输数据。
2硬件电路设计2.1温度压力信号测量通道的总体设计2.1.2压力信号采集及调理经过综合考虑选用CYB-1B19/1B14系列的压力传感器,它利用离子束溅射技术制造。
该传感器具有体积小、精度高、性能稳定、温漂小、可靠性高等优点,最大输出电压15mv 测量最大量程为60mPa 。
具体电路如图2.1.2所示。
该系统选用放大器INA118。
INA118采用差分输入方式,将传感器输出的0~~15mv放大为0~~3v 的信号电压。
INA118放大器放大倍数计算公式如下式G R k G Ω+=501其中G 表示将信号放大的倍数,G R 表示外接电阻。
该系统中G R 用R4来表示的。
2.1.2温度信号采集及调理选用的温度传感器是AD590, AD590是电流型温度传感器,AD590的工作电压为+4~+30V 、测温范围是-55~+l50℃,对应于热力学温度T 每变化IK ,输出电流就变化1µA 。
具体的电路如图2.1.2所示。
井下工具自动试压系统实施方案
井下工具自动试压系统实施方案编制单位:川庆钻探长庆井下技术作业公司实施单位:川庆钻探长庆井下技术作业公司北京矿冶研究总院编制时间:2009年5月一、生产需求和需要解决的关键技术问题川庆钻探长庆井下技术作业公司石油压裂每年消耗井下钻具5000套以上,其中需要进行水力试压检测的工件在4500套左右。
目前井下工具都采用人工试压检测方式,不仅工作效率低,劳动强度大,试压过程中不安全因素多,而且很难保证工具试压的效果。
首先是试水的压力不能准确显示,无法确定试压压力是否达到要求;其次是试压时间不能准确保证,完全由工人自行操作;此外工具耐压状态也是依靠工人经验判断是否合格,很难保证工具耐压实验的准确性。
这种生产方式比较落后,无法适应石油生产的快速发展,操作人员劳动强度高,生产效率低,并且操作人员和试压件近距离接触,存在较大的安全隐患。
近年来常有由于井下工具引发的事故,由此带来巨大的经济损失和不良的社会效应。
因此如何保证井下工具的质量成为各大油田面临的一个日益紧迫的问题。
试压工序的技术改造首当其冲。
如何提高试压工序的效率和劳动安全,以及降低工人的劳动强度,尤其是如何保证试压测试的准确性,保证工具的质量等问题是研制新型试压机的关键。
因此有必要开发一种针对性强、测试范围广、自动化程度高、作业环境更安全的井下工具自动试压系统,以提高生产效率,保证试压检测工序的安全及准确性,确保井下工具检修过程优质、高效进行。
根据文献检索,和广泛调研,国内目前仅大庆油田有一套井下工具全自动试压系统,但该系统受现场条件限制,没有安装在专门的防护地坑中,存在安全隐患,而且安装时间较早,有些软硬件设施与当前的生产已不能很好地匹配,存在改进的必要。
本项目需要解决的关键技术问题是试压工具两端封头的装配、井下工具进出试压防护地坑的自动传输、试压密封头对试压工件的自动夹持、试压过程的远程自动控制和有效监控、试压后工具两端封头的拆卸等。
二、研究目标、主要研究内容1.研究目标开发一套井下工具自动试压系统,以实现对井下工具试压检测工序的自动化操作。
能耗最低机采系统设计方法的研究及应用_郑海金
第28卷 第2期2007年3月石油学报A CT A PETROLEI SINICAV o l.28M ar.N o.22007基金项目:国家重点新产品计划项目(2006GRC 10005) 能耗最低机采参数优化设计软件V 2 0 的部分成果。
作者简介:郑海金,男,1965年7月生,1989年毕业于江汉石油学院采油工程专业,现任江苏油田瑞达石油工程技术开发有限公司经理,高级工程师,主要从事采油工程新技术研究及推广工作。
E -mail:z heng hj @文章编号:0253 2697(2007)02 0129 04能耗最低机采系统设计方法的研究及应用郑海金 邓吉彬(江苏油田瑞达石油工程技术开发有限公司 江苏扬州 225009)摘要:为了有效地降低有杆泵抽油系统能耗及提高抽油机井系统效率,建立了一套有杆泵抽油系统输入功率理论计算体系。
该体系将有杆抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率及溶解气膨胀功率5部分。
分析了各部分功率的影响因素,确定了抽油系统输入功率与物性参数、井斜参数、设备参数及生产参数组合间的函数关系式。
根据新的输入功率计算体系,提出了以能耗最低或以成本最低为目标函数的机采系统设计方法。
运用该方法进行机采参数优化,能够确定最经济机采参数组合。
现场应用表明,该方法可以有效降低抽油机井系统能耗,大幅度提高机采系统效率。
关键词:有杆泵抽油系统;输入功率;机采参数;优化设计;采油效率;采油成本中图分类号:T E 355 5 文献标识码:AResearch and application on designing method of sucker -rod pumpingsystem with the least energy consumptionZheng H aijin Deng Jibin(Reida Petroleum Eng ineer ing Comp any ,J iangsu Oil Field ,Y angz hou 225009,China)Abstract :In or der t o reduce the ener gy co nsumpt ion and impro ve the eff iciency of pumping sy stem,a theo retical model for ca lculat -ing the input pow er of sucker -ro d pumping system was established.In the mo del,the input po wer was divided into hy dr aulic horse -pow er,sur face mechanical loss pow er,do wn -hole v iscous fr ictio n loss po wer ,down -hole sliding fr ictio n loss po wer and solution gas ex panding power.T he influencing facto rs for each pow er w ere analyzed.T he funct ional r elatio ns of the input pow er w ith reser -v oir pet rophysical par ameters,liquid pr operties,bo rehole deviat ions,and parameters of pro duction and dev ices w ere deter mined.Accor ding to the theor etical model for calculating t he input po wer ,a new method for designing a sucker -r od pumping system wit h the least ener gy consumptio n o r the least cost w as pr oposed.T he mo st eco no mical combinatio n o f par ameters for o il pr oduction and de -v ices can be obtained w ith the new metho d.A pplication of t he new method in o ilf ields show ed that the new design method co uld ef -fectiv ely cut dow n t he energ y consumptio n and gr eatly impro ve the eff iciency of suck -r od pumping systems.Key words :sucker -ro d pumping sy st em;input pow er;mechanical pro ductio n parameters;o ptimization desig n;o il pro ductio n eff-iciency;oil product ion cost目前,国内外在机采参数设计中广泛采用API 方法、求解波动方程法、图表法及其修正方法[1 5]。
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Lo w P o we r Co n s u mp t i o n De s i g n o f Do wn - h o l e P r e s s u r e Te s t i n g S y s t e m
程 中井下 的动态压力 数据 , 研制 了一 种油井测压器 。该测压 器采用存储测试 技术 , 实时记录射孔及压 裂时井下环 空压力 的变 化。测试系统依靠 自带 电源来保证整个测试过程供 电 , 由于测试系统受到体积的限制 , 电池体积 和容量也较小 。针对实测环境
对石油井 下测试 系统进行 了低功耗设计 , 其总体功耗计算和实测结果表 明 , 该测试 系统满足井下压力测试方法 的要求 , 从而验证 了低 功耗设计 的有效性 。 关键 词: 低功耗 ; 压力测试 ; 电源管理 ; MS P 4 3 0
t he pr o c e s s o f pe fo r r a in t g.I t i s a n e c e s s a r y t e c h no l o gy t o r e s e rc a h a nd e x p l o r e o i l f ie l d.Fo r g e t in t g t he d o wn —ho l e d y na mi c p r e s s u r e da t a i n t he pr oc e s s of p e fo r r a t i n g. a pr e s s u r e t e s t e r o f Oi l we l l i s de v e l o p e d .S t o r a g e t e s t i ng t e c n o h l og y i s a pp l i e d i n he t d e v i c e t o r e c or d he t c h n ge a of d o wn- ho l e n nu a l u s p r e s s u r e a t he t c o nd i t i o n o f pe fo r r a t i ng nd a f r a c t ur ing a t r e a l t i me . Se l f -c on t a i n e d p owe r s up p l y o f t h e t e s t i n g s ys t e m i s us e d t o po we r d u r i ng he t t e s t i ng p r o c e s s . Vol ume nd a c a p a c i t y o f he t b a t t e r y i s l owe r or f he t l i mi t e d v o l ume o f he t t e s t i ng s y s t e m.Ac —
第2 8 卷第 5 期
2 0 1 3 年1 0 月
光 电技术 应 用
E LE CTRO— OP TI C TE CHNOLOGY AP P LI CAT1 0N
Vo 1 . 2 8 . No . 5 Oc t o b e r , 2 0 1 3
・
电路 与 控 制 ・
井下压 力测试 系统 的低 功耗设计
Z HAO D i n g , Z U J i n g , CUI C h u n - s h e n g ' Na t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o f E l e c t r o n i c Me a s u r e me n t T e c h n o l o g y , N o r t h U n i v e r s i t y o fC h i n a , T a  ̄u a n 0 3 0 0 5 1 , C h i n a ; 2 . E d u c a t i o n Mi n i s t r y K e y ab L o r a t o y r o f I n s t r u m e n t a t i o n S c i e n c e&Dy n a mi c Me a s u r e me n t , N o r t h U n i v e r s i y t o f C h i n a .
赵 鼎 , 祖
( 1 . 中北大学电子测试技术 国家重点实验室 , 山西 太原
静 , 崔春 生 1 , 2
太原 0 3 0 0 5 1 )
0 3 0 0 5 1 ; 2 . 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 , 山西
摘
要: 测取射孑 L 瞬间的动态参 数对评价射孔过程具有十分重要的意义 , 是研究 、 勘测油 田不 可缺少 的技术 。为获得射孔过
.
T a “ 日 0 3 0 0 5 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Me a s u r i n g i n s t a n t d y n a mi c p a r a me t e r s a t t h e i t me o f p e fo r r a i t n g i s v e r y i mp o r t nt a f o r e v a l u a t i n g