基于MSP430的石油井下壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于msp430的石油井下壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力數(shù)據(jù)在油田開采過程中是一項(xiàng)極重要的資料。而這其中的射孔工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對(duì)高質(zhì)量打開油氣層，提高油氣井產(chǎn)能都有重要影響。射孔是打開油氣層讓地層流體流入井內(nèi)的主要完井工序。測取射孔眨眼動(dòng)態(tài)壓力參數(shù)具有重要意義；確定每次射孔的施工效果；結(jié)合其他測試參數(shù)評(píng)價(jià)地質(zhì)效果：討論射孔工藝機(jī)理，為我國射孔理論水平的進(jìn)展制造有利條件。該參數(shù)的測取也是討論油氣層特征，把握油氣層動(dòng)態(tài)。檢查地面采油工藝流程的重要手段。為此，必需借助于各種精密的壓力測量儀表。以獲得精確的壓力數(shù)據(jù)。2 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)21 存儲(chǔ)測試原理簡介存儲(chǔ)測試系統(tǒng)是用以完成存儲(chǔ)測試的物理系統(tǒng)，可工作在高溫

2、、高壓、強(qiáng)沖擊振動(dòng)、高過載等惡劣環(huán)境下，自動(dòng)完成被測信息的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)記憶。它將、適配、數(shù)字化存儲(chǔ)記錄電路、通訊接口、控制指示單元和電源集成為一體，構(gòu)成一個(gè)小型化的、可安裝在被測體內(nèi)(相對(duì))自立丁作的測試系統(tǒng)。因?yàn)榇鎯?chǔ)測試系統(tǒng)具有體積小、功耗低、可重復(fù)用法、抗干擾性好及能適應(yīng)特別環(huán)境等特點(diǎn)，所以對(duì)于工程測試，特殊是在野外惡劣的環(huán)境下，存儲(chǔ)測試系統(tǒng)提供了一個(gè)很好的解決計(jì)劃。這里設(shè)計(jì)的儀器必需能夠在高溫、高壓、高沖擊的油井中平安、牢靠的取得射孔壓裂數(shù)據(jù)，且能保持?jǐn)?shù)據(jù)長時(shí)光不走失，可順當(dāng)回收被測信息。因此該系統(tǒng)除需能耐高溫、高壓、高沖擊振動(dòng)的電路外，還必需對(duì)其庇護(hù)，防止儀器損壞。22 系統(tǒng)工作原理

3、系統(tǒng)原理框圖1所示。石油井下射孔壓力測試系統(tǒng)選用編程自適應(yīng)分段勻稱采樣策略，即通過事先編程確定記錄過程分為若干個(gè)勻稱采樣階段，每一階段的開頭時(shí)光、采樣頻率、存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)是按照被測信號(hào)的變幻自適應(yīng)調(diào)節(jié)的。此系統(tǒng)在程序的控制下，上電延時(shí)50s后，在觸發(fā)信號(hào)到來之前，以1hz的采樣頻率舉行低頻采樣ad轉(zhuǎn)換，并將md轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)存人存儲(chǔ)器。觸發(fā)信號(hào)到來后，開頭以100khz的采樣頻率采樣，延續(xù)采樣滿128k字?jǐn)?shù)據(jù)，再以500hz采樣，至采滿256k字，數(shù)據(jù)停止采樣。當(dāng)電路回收后，可通過rs232接口將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀至計(jì)算機(jī)以便后續(xù)處理。23 單片機(jī)低功耗的設(shè)計(jì)msp430系列單片機(jī)具有獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)

4、計(jì)，包括兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(fll和fll+)時(shí)鐘系統(tǒng)或數(shù)字(dco)時(shí)鐘系統(tǒng)。由時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生cpu和各功能模塊所需時(shí)鐘，這些時(shí)鐘可在命令的控制下打開或關(guān)閉，從而控制總體功耗。因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)所用法的功能模塊不同，即采納不同的工作模式，器件的功耗有顯然區(qū)分。系統(tǒng)具有1種活動(dòng)模式(am)和5種低功耗模式(lpm0lpm4)。msp430系列單片機(jī)各個(gè)模塊運(yùn)行徹低自立，定時(shí)器、輸入輸出端口、ad轉(zhuǎn)換、等都可在主cpu休眠的狀態(tài)下自立運(yùn)行。當(dāng)需要主cpu工作時(shí)，任何一個(gè)模塊都可以通過中斷喚醒cpu，從而使系統(tǒng)以最低功耗運(yùn)行。這是msp430系列單片機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。為充分利用cpu

5、的低功耗性能，使其工作于突發(fā)狀態(tài)。通常狀況下，按照需要用法軟件將cpu設(shè)定到某一種低功耗工作模式下，在需要時(shí)用法中斷將cpu從休眠狀態(tài)中喚醒，完成工作后又可進(jìn)入相應(yīng)休眠狀態(tài)。圖2為msp430f1611單片機(jī)的基本配置電路。3 狀態(tài)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)狀態(tài)分析31 狀態(tài)設(shè)計(jì)理論狀態(tài)設(shè)計(jì)是指按照被測對(duì)象的運(yùn)動(dòng)邏輯確定存儲(chǔ)測試系統(tǒng)狀態(tài)組織結(jié)構(gòu)的過程。它是實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是建立基型存儲(chǔ)測試系統(tǒng)的有效手段。狀態(tài)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)思想始終清楚地貫通于設(shè)計(jì)和調(diào)試，不同程度地簡化原本復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程。32 系統(tǒng)的狀態(tài)分析按照狀態(tài)分析，存儲(chǔ)測試系統(tǒng)完成一次有效的數(shù)據(jù)測試，大致需經(jīng)6個(gè)過程：等待狀態(tài)

6、a0，低速采存狀態(tài)a1，高速采存狀態(tài)a2，低速采存狀態(tài)a3，信息保持狀態(tài)a4，數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)a5。msp430f1611通過控制ona、onb分離產(chǎn)生vdd=36v、vee=36v，oe、we、ce分離為存儲(chǔ)器的讀、寫、片選控制信號(hào)。ona信號(hào)為低電平常輸出vdd，為高電平常關(guān)閉。onb為低電平常輸出vee，為高電平常關(guān)閉。圖3為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，具體分析系統(tǒng)各工作階段的電源開閉狀況及低功耗模式。等待狀態(tài)a0對(duì)系統(tǒng)舉行初始化，復(fù)位操作。其中，在io初始化中，設(shè)置上電外部中斷，當(dāng)ona、onb為oe、we、ce為低，電源vdd、vee關(guān)閉，初始化通用寄存器，將內(nèi)部dco晶振8分頻，初始化定時(shí)器a，通

7、過ta中斷延時(shí)50s等待電源穩(wěn)定后進(jìn)入低功耗1。低速采存狀態(tài)a1中，延時(shí)50s后，使ona、onb、ce為低，oe、we為高，電源vdd、vee打開，存儲(chǔ)器片選端有效，初始化時(shí)鐘，使子系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為外部高頻時(shí)鐘源初始化ad轉(zhuǎn)換器并設(shè)置單通道單次轉(zhuǎn)換模式，初始化定時(shí)器b，由tb中斷實(shí)現(xiàn)采存，初始化中tb每隔001ms中斷一次，在采存過程中ad轉(zhuǎn)換器向來處于100khz的高速采樣狀態(tài)。并將數(shù)據(jù)送入fifo。頻率變換則通過存儲(chǔ)器推地址來實(shí)現(xiàn)，此狀態(tài)是采樣射孔前井下靜壓，因此采納1hz舉行低速采存。高速采存狀態(tài)a2中，將128k作為是否變頻的標(biāo)記，ona、onb、ce為低，oe、we為高，電源vdd、

8、vee打開，存儲(chǔ)器讀、寫端有效，由數(shù)字內(nèi)觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)觸發(fā)變頻。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)來臨，轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器推地址，實(shí)現(xiàn)100khz高速采存。低速采存狀態(tài)a3中，ona、onb、ce為低，oe、we為高電源vdd、vee打開，存儲(chǔ)器讀、寫端有效，轉(zhuǎn)變存儲(chǔ)器推地址，實(shí)現(xiàn)500hz低速采存，將256k作為是否采滿的標(biāo)記。信息保持狀態(tài)a4中，定時(shí)器a、定時(shí)器b禁止中斷，ona為低，onb、oe、we、ce為高，打開vdd=36v，存儲(chǔ)器處于有效狀態(tài)，于是數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，關(guān)閉ad轉(zhuǎn)換器，清零地址位，進(jìn)入低功耗4模式，等待讀數(shù)中斷。數(shù)據(jù)讀出狀態(tài)a5中，通過讀數(shù)中斷初始化串口讀數(shù)，設(shè)置時(shí)鐘為外部8mhz高頻晶振，通過串口向計(jì)算機(jī)傳輸采存到的數(shù)據(jù)，讀數(shù)完畢進(jìn)入低功耗4模式。4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測試試驗(yàn)由提供頻率10hz正弦波，數(shù)據(jù)采集完畢讀數(shù)后狀況4所示，其中橫縱坐標(biāo)分離表示采集到的數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)和比特?cái)?shù)，單位分離是點(diǎn)和bit。系統(tǒng)徹低實(shí)現(xiàn)觸發(fā)和變頻采樣過程。被測信號(hào)為lohz正弦波，挺直觸發(fā)舉行高頻100khz采存和低頻500hz采存，一個(gè)周期內(nèi)采樣10000個(gè)點(diǎn)，在131072點(diǎn)處變頻采存，因此高頻采樣得到約13個(gè)正弦信號(hào)周期，高頻采樣時(shí)光約為13s。5 結(jié)束語系統(tǒng)利用msp430系列單片機(jī)內(nèi)