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(chǔ)介質(zhì)的便 攜式測(cè)量?jī)x表，是專(zhuān)為油田采油生產(chǎn)井壓力數(shù)據(jù) 的測(cè)量和管理而設(shè)計(jì)的。使用時(shí)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(cè)量開(kāi)關(guān)，壓力測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在IC卡 上。管理員定期回收IC卡，通過(guò)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(cè)量管線內(nèi)的壓力，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí)，開(kāi)關(guān)S2閉合，按下測(cè)量開(kāi)關(guān) S1，放大器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D變換后，讀入單片 機(jī)并寫(xiě)入IC卡內(nèi);測(cè)量完成后，取下傳感器，壓力 表的電源自動(dòng)斷開(kāi)。
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(chǔ)失敗時(shí)確保野 外測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性;同時(shí)，考慮到傳導(dǎo)接頭受外 部環(huán)境的侵蝕可能會(huì)引起接觸不良，表頭與選擇 存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)的共同使用，可以確保存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的真實(shí) 性;機(jī)械表頭的選擇更是考慮到陽(yáng)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(shí)間設(shè)置開(kāi)關(guān)。當(dāng)壓力表需要校 準(zhǔn)時(shí)間時(shí)，接通S3，插入記錄當(dāng)前時(shí)間的1C卡， 單片機(jī)自動(dòng)讀入當(dāng)前時(shí)間，并對(duì)串行時(shí)鐘芯片 DS1302的進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。
報(bào)警電路主要完成對(duì)重復(fù)測(cè)量、使用非初始 化1C卡、電池電壓過(guò)低以及測(cè)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(cè)端。
系統(tǒng)由兩節(jié)5號(hào)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(cè)電池電壓，如電壓過(guò) 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(cè)量狀態(tài)。
程序檢測(cè)到有卡插入并且測(cè)量開(kāi)關(guān)接通，單 片機(jī)讀取并核對(duì)密碼，如密碼核對(duì)失敗，系統(tǒng)鳴叫 3聲，程序結(jié)束，如果密碼核對(duì)成功，程序檢測(cè)是 否進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置。
.如果RB2為高電平，系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置， PBR2為低電平，系統(tǒng)將檢查最后兩次測(cè)量時(shí)間， 若當(dāng)天存儲(chǔ)數(shù)據(jù)已為3組，系統(tǒng)鳴叫兩聲，程序結(jié)束，否則，存儲(chǔ)當(dāng)前時(shí)間和測(cè)量數(shù)據(jù)，并鳴叫一聲 提示測(cè)量存儲(chǔ)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(gè)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(pán)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(guò) 程中，如發(fā)生錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)會(huì)給出相應(yīng)提示。
(2)初始化IC卡,主要完成密碼的設(shè)置。
時(shí)間設(shè)置:選擇此功能，計(jì)算機(jī)將當(dāng)前日 期、時(shí)間寫(xiě)入1C卡，日期時(shí)間存在固定區(qū)域，與數(shù) 據(jù)區(qū)不沖突。
4.測(cè)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(cè)量精度的主要因素，下面是壓 力測(cè)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(cè)量電路的總誤差為 22. 728 mV,壓力測(cè)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(cè)量精度為 0. 58%，滿足用戶提出的0. 7%的測(cè)量要求。
5.結(jié)語(yǔ)
IC卡電子壓力表是針對(duì)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(guò)了油田用戶的驗(yàn) 收。
