ADuC848和Keil实现钻井压力数据采集仿真

应用ADuC848新型微控制器和Keil仿真下载软件，设计开发了钻井压力数据采集系统。本系统具有16位高精度A/D转换器，数据实时采集上传存储，最高作业温度为125℃，具有功耗低和集成度高等特点。使用ISP在线编程时，要针对现场需要及时调整系统软件，灵活应用。

　　引 言

　　目前国内的随钻测量钻井压力工具大部分是引进国外设备，成本高、维修困难。已经使用的国内设备在体积、集成度和精度上有着明显的不足，并且老化程度高。基于此种情况，笔者开发了一个基于ADuC848微控制器的、可扩展采集通道的钻井压力数据采集系统。ADuC848芯片的52引脚MQFP封装仅为14 mm×14 mm，最高工作温度为125℃，正常工作最大电流为4.8 mA且节电模式最大电流为20μA。ADuC848特别适用于开发在高温恶劣环境下长时问作业的小型数据采集系统。

　　1 系统硬件设计

　　本系统主要分为5个模块，且所有主要元器件均选用ADI公司的模拟和数字军用标准产品，大大提高了系统的可靠性、耐高温性和抗震性。系统硬件设计总体框图如图l所示。

　　

 

　　1.1 模拟信号输入调理模块

　　此模块主要实现对压力传感器输入信号的放大、滤波功能。前端信号放大部分应用高精度、零漂移的AD8230轨至轨仪表运算放大器，经过电阻测算标定为放大增益200倍。放大后的信号经由一个OP07D运算放大器滤波输入至ADuC8d8模拟通道进行采集。钻压输入信号一般为O～15mV，经过放大滤波后输出至A/D采集的信号为0～3 V。AD8230的工作温度范围为一40℃～125℃，最大漂移电压仪为lOμV，最大温漂也仅为50 nV/℃。本系统由于试验需要仅对一路模拟信号进行放大，并留有扩展输入通道接口，可根据需要将单片增加至8路。本模块电路原理图如图2所示。

　　

 

　　1.2 系统供电模块

　　由于井下工作电源一般是由9～12 V的锂电池提供，而系统所有元件的工作电压均在5V左右，所以需要对9V的电源进行整流至系统5V输入供电。供电部分所采用的ADP303电压变换器，是一款高精度、200mA低漂移的线性整流器，特别适合于小功率系统的电源整流供电。其工作电压范围为3.2～12 V，可以解决由于外部电压不足而导致系统无法正常工作的问题。由于系统器件分为模拟器件和数字器件两部分，因此相应地分为模拟和数字供电。整流输出的5V 供电经l00mH的电感和1.8Ω的电阻分别为模拟电源和数字电源供电，这样可以大大降低供电对数字器件的干扰。而模拟地和数字地也需要经过0Ω的电阻进行滤波才可以连接到一起，以便减小干扰，尤其是对精度高的数字器件应用时更应该注意这点。原理图如图3所示。

　　

 

　　1.3 SPI数据实时存储模块

　　按照系统的要求需要对数据进行实时的存储，采用ADuC848微控制器自带的SPI接口对外部Flash芯片进行读写，实现数据回放功能。考虑到钻井作业的特殊性，单次施工连续工作在100h以内，按每秒采集5组16位数据计算，单片Flash的容量至少应在6.86 MB以上，因此本系统采用了AT45DB542D(简称AT45D)的64 Mb串行SPI存储器。浚Flash芯片存储容量大，高速读写可至66 MHz，10 mA低功率串行工作，可擦写10万次，保存数据可达10年。可以根据现场的实际情况多片组合最大至256 Mb以完全满足大量数据存储的需要。本系统采用单片存储器完成试验。原理图如图4所示。