基于arm的油田单井油罐太阳能加温控制器的设计

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1、基于ARM的油田单井油罐太阳能加温控制器的设计 油田中的采油系统分布相对较为稀疏，油罐储存和传输过程中需要对油温进行加热，以避免因原油凝固而不能传送到中间站进行处理。由于每个井口的分布位置相对较远，因此需要对每个单独的油罐进行加温控制。目前所使用的加温装置大多是以伴生气为燃料的水套炉或者以电能为能源的电加热器等[1]。水套炉存在热效率低、能耗高、炉体易产生烧蚀损坏、维修维护成本高等弊端，而且，伴生气燃烧过程中所排放的废气对环境造成污染。电加热器存在耗电高、易停电、频繁扫管、造价高等弊端。本文提出了一套以太阳能集热器为主、热泵热水器为辅助热能

2、提供装置、ARM为主要控制器的加热系统[2]。热泵与太阳能集热设备、蓄热机构相联接的系统方式,不仅能够有效克服太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性，而且可以充分利用太阳能，解决原油集输、储运全天候供热问题,达到节能和减少环境污染的目的,具有很大的应用潜力[3]。1系统功能   油田单井的油罐太阳能加温控制系统主要通过ARM控制器、温度采集卡及触摸屏实现对太阳能油罐的加热和对执行机构的控制。油田单井的油罐太阳能加温控制器系统主要包括石油储油罐、太阳能集热场、热水箱、补水箱、空气源热泵、低热管、电加热器、电磁阀、10只温度传感器和温度控制系统。  

3、 系统主要功能为：在光照条件好时，主要由太阳能集热装置为油罐加热；在光照不足的条件下，利用热泵为油罐补充加热；当热泵出现故障时，利用电加热为油罐加热。智能化控制装置提高了太阳能集热器效率和热泵系统性能,从而解决了原油集输、储、运全天候供热问题，同时也大大节省了电能的使用[4]。2系统总体设计   油田单井的油罐太阳能加温控制器主要由温度采集卡、ARM控制器、液位传感器、触摸屏和执行机构等组成。工作过程为温度采集卡实时对10路温度信号进行循环采集，采集到的信号通过信号处理电路转变为电压信号，再通过模拟开关选择相应的传输通道，通过AIN0输入口

4、把数据发送到ARM处理器进行A/D转换，然后由ARM微处理器根据相应的条件对执行机构做出相应的判断，同时将采集到的温度值实时显示在触摸屏上。也可以通过触摸屏对系统的工作起始时间，循环泵的温差值等各个参数进行设置。系统总体设计结构如图1所示。2.1系统的硬件电路设计   油田单井的油罐太阳能加温控制器主要完成显示、存储、控制以及通信等功能。考虑到本系统对微控制器的要求较高，特别是处理器的运算速度要求较高，在处理过程中需要较多的存储空间及外扩接口，而传统的单片机已不能满足要求，因此本设计采用三星的S3C2410ARM作为微控制器。硬件设计包括：

5、ARM的最小系统[5]、温度采集卡电路、触摸屏电路等模块电路的设计。系统控制器的原理框图如图2所示。2.2存储器接口硬件设计   S3C2410A在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM接口。油田油罐加温控制器终端采用了2片16位数据宽度的HY57V561620芯片并联构建成32位的SDRAM存储器系统，共有64MB的SDRAM空间。S3C2410A处理器支持从NANDFlash启动，NANDFlash具有容量大、比NORFlash价格低等特点。系统采用NANDFlash与SDRAM组合，可以获得非常高的性价比。该系统采

6、用了一片型号为K9F1208UOM、容量为64MB的NANDFlash芯片。NANDFlash中存放bootloader代码和WINCE操作系统的镜像文件。同时设置OM[1：0]=00，即处理器从NANDFlash启动。NANDFlash和处理器的接口框图如图3所示。2.3液晶屏接口电路的设计   S3C2410A自带1个LCD控制器，支持STN和TFT带有触摸屏的液晶显示屏，本设计采用3.5英寸的TFT液晶屏。S3C2410A自带触摸接口电路，包括4个控制信号线(nYPON，YMON，nXPON，XMON)和模拟输入引脚AIN[7]、AI

7、N[5]，分别控制X坐标和Y坐标的转换。2.4温度采集卡的设计   自行设计的温度采集卡实现了多路信号的采集、预处理及传送功能。系统的采集点为10路热敏电阻，热电阻采用RTC公司的负阻温度传感器，实现10路温度的循环采集。在电路的结构设计上，采用惠更斯电桥进行传感器电压信号的采集。为了提高测量精度，为电桥提供电压的芯片选用TI公司的精密电压源芯片REF102，其输出参考电压为10V，电压的波动为±2.5mV，输出精度远远大于常用的10V线性稳压模块，输出电流为10mA，满足输出功率的要求，温漂系数为2.5ppm/℃，有效地减少了由于环境温度

8、变化而引起的测量误差。温度电桥电路采用ADI公司提供的仪器放大器AD620。采用该放大器，一方面由于其具有高输入阻抗，实现了采集电路和控制电路的阻抗隔离，提高了测量精度；另一方面