原油含水率测试仪显示系统设计

2017-04-27作者冯旭东张一杰李建航强兵照张佳佳徐贝西安石油大学

电子制作 2017年6期

关键词：测试仪含水率原油

作者/冯旭东、张一杰、李建航、强兵照、张佳佳、徐贝，西安石油大学

基金项目：本文获2015年陕西省大学生创新训练计划项目：“原油含水率实时监测仪” 资助。

原油含水率测试仪显示系统设计

作者/冯旭东、张一杰、李建航、强兵照、张佳佳、徐贝，西安石油大学

基金项目：本文获2015年陕西省大学生创新训练计划项目：“原油含水率实时监测仪” 资助。

在石油工业中，原油含水率的在线测量是油田优化生产和实现智能完井的关键技术，为储油层的特性分析和开采提供重要依据1]。本文针对现场环境的需要设计了一种可用于原油含水率测试仪的显示系统，该系统主要由STC89SC52单片机以及OLED（有机发光二极管）显示器组成，单片机通过控制SSD1306驱动模块来实现显示功能。单片机操作方便，稳定性强，OLED显示器不需背光源且具有对比度高、厚度薄、体积小、视角广、反应速度快、温度范围宽的特点[7]，非常适合现场使用。系统经室内和现场试验，实现了实时显示含水率值的功能，并且工作稳定，达到了设计目的，可以作为原油含水率测试仪的显示系统。

原油含水率；STC89C51单片机；SSD1306驱动模块；OLED显示屏

引言

原油含水率是石油开采、石油化工行业中的一个重要参数，对原油的开采、脱水、储运销售及原油炼制加工等都具有重要的意义。原油含水率实时测试仪器，可以直观地显示原油的含水率值，并可以较为准确了解当下含水率情况，对比传统的取样蒸馏法测含水率有极大的优势，这对于油田的开采有重大意义[2][3]。由于含水率测试仪需要安装在油井井口进行长时间的实时测量，而现场环境条件较为恶劣，温度变化大，对原油含水率测试仪的显示系统要求较高，普通的液晶显示器不能满足要求。OLED( OrganicLight-EmittingDiode)称之为有机发光二极管或有机发光显示器，它被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术，具备自发光，不需要背光源，另外其对比度高、画质均匀、视角广、反应速度快，而且因OLED是全固态、非真空器件，所以其具有抗震荡、耐低温等特性[4]-[6]。因此含水率测试仪采用OLED显示系统，可满足现场环境的要求。

1.系统硬件设计

本系统作为含水率测试仪的显示部分，主要实现数据的实时显示及参数设置功能。设计针对现场环境，需要达到体积小，功耗低，显示清晰，利于观察，适应性强的要求。因此本设计采用STC89C52RC单片机作为控制单元，读取数据并控制OLED单色液晶屏驱动模块SSD1306，将仪器测量到的含水率值进行实时地显示。系统设计框图如图1所示。

■1.1 主控模块

图1 系统组成框图

本设计的主控单元采用STC89C52RC单片机，它是STC公司生产的一种低功耗、高性能微控制器，操作简单，使用方便。它虽使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使其具有传统51单片机不具备的功能：它可降至0Hz静态逻辑操作，可选择节电模式。在空闲模式下，即便CPU停止工作，也允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存。这使其有效降低整个系统的功耗，有利于现场应用。

■1.2 显示驱动模块

显示驱动使用的是SSD1306 OLED模块，专为共阴极型OLED显示屏设计，它内部集成DC-DC升压设计，只需输入3.3V电压即可，无须为显示屏提高额外电娅，其内部嵌入了对比控制，显示RAM和晶振，因此减少了外部元件和功率消耗。显示模块共有七个管脚，管脚说明见表1。数据/命令的发送有三种接口选择，本设计采用4-wire SPI接口方式。

表1 SSD1306 OLED模块管脚说明

■1.3 OLED显示屏

含水率测试仪的显示屏要求功耗低、显示清晰、易于观察，特别是温度范围要宽。本设计采用的0.96寸单色OLED 显示屏，分辨率为128⋆64，其具备自发光，对比度高、厚度薄、视角广、使用温度范围广等优异特性，非常适合现场环境。

■1.4 按键模块

键盘模块的功能是进行显示设置以及现场校准设置，测试仪在测量一段时间后，可以根据现场的实际情况通过按键进行手动参数校准，该模块采用的芯片是CH450，利用该芯片对整个键盘进行扫描。其中该芯片在本系统中采用2 线串行接口实现对4⋆4键盘的扫描。

图2 显示子程序流程图

■1.5 电源模块

电源模块采用电池供电，使用AMS1117，IN4148芯片进行降压，稳压，得到显示系统所使用到的+5V和+3.3V电压。

2.显示系统程序设计

显示系统程序是含水率测试仪系统软件的一部分，它的主要功能是将含水率测试仪的实测数据进行实时显示，显示数据间隔几秒刷新，同时还可通过按键实现参数设置并根据现场实际进行手动校准。显示程序流程如图2所示。

图3 独立试验显示效果

图4 整机试验显示效果

图5 安装在井口的含水率测试仪

3.试验测试

对含水率测试仪显示系统试验进行了独立显示测试、整机联合测试以及现场试验测试。独立显示测试检验显示系统能否实现显示功能并正常显示数据，整机联合调试就是将显示系统与含水率测试仪的测试部分封装在一起，在试验平台上进行测试，经过试验测试，显示功能实现，独立测试效果联合调试效果如图3和图4所示。油田现场试验主要检验显示系统的可靠性和适应性，安装在油井井口的含水率测试仪如图5所示，经过一段时间的测试，测试仪的显示系统工作正常，达到设计要求。