油井数据地面传输仪的设计.pdf

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1、第36卷第5期武汉工程大学学报VoI．36NO．52014年5月J．WuhanInst．Tech．May2014文章编号：1674—2869(2014)05—0068一O6油井数据地面传输仪的设计陈家林，贾涛武汉工程大学电气信息学院，湖北武汉430205摘要：为了满足油田自动化实时监测油井数据的需求，设计了一种将井内数据传至地面并供现场或者后台服务器进行实时获取的地面传输仪．首先该传输仪采用32位低功耗微控制器STM32L152作为主控芯片，并以嵌入式实时操作系统／~C／OS-II作为软件平台；然后该传输仪根据工业485总线传输以及Modbus串行总线协议，并通过uC／OS-

2、II的系统接口函数以及其多任务处理环境，实现了Modbus协议主从站分时无冲突的数据处理和数据收发；最后通过外扩Flash芯片以及液晶显示实现本地数据存储以及人机交互功能．地面传输仪通过连接上位机模拟的从站采集仪器和主站服务器进行系统传输测试，根据其内部的主站协议实现总线内子设备数据的获取，同时通过内部的从站协议实现数据后台共享．测试结果表明该传输仪实现了在总线中可同时连接多个采集仪器与一个主站服务器同时进行数据传输，满足实际应用的要求．关键词：嵌入式系统；Modbus协议；实时性中图分类号：TP273．5文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1674—2869

3、．2014．05．0160引言1地面传输仪的硬件平台与设计油田一般位于气候恶劣、位置偏远的地区，而地面传输仪的硬件组成如图1所示．且作业井口分布较为分散，不利于集中管理和监OLEDII键盘测．同时油田生产过程中经常会出现各种故障，如R$485片外人为偷盗、油管泄漏等，若没有及时发现类似情串行总线存储器以STM32LI52为况，不仅会降低油井产量及产油质量，还会引起二[核心的主控制器电源转电缆头接口换模块安全事故．因此设计一套性能成熟、功能完善的油井监测系统对当前油井生产和管理的意义越来越图1传输仪硬件框架图重要．Fig．IGroundtransmissiondevicehar

4、dwareframework油井监测系统通常由井下压力计、地面传输本设计选择sTM32L152作为主控制器．仪、数据远传单元与数据处理平台4个部分组成。STM32L152是意法半导体公司生产的STM32系地面传输仪作为整个系统的数据枢纽，起着关键列低功耗微控制器，控制器基于超低功耗、高数据作用．地面传输仪通过电缆接头和485总线接口安全性、高效能的ARMCortex—M3内核，同时采将井下压力计采集的实时数据进行传输和接收，用意法半导体独有的两大节能技术，使其具有多并将接收的数据进行本地存储的同时与远程数据种低功耗模式选择，低功耗运行模式电流为传输单元(DataTransfe

5、rUnit，以下简称：DTU)10．4l上A．该控制器能够满足实际的工业应用中低进行数据交互，即将本地采集的数据信息上传至功耗的需求．后台服务器内进行分析和处理．目前油田上使用传输仪的串行通信接口采用了晶体管一晶体的数据传输仪都是基于工业计算机或者工控集成管逻辑(Transistor—TransistorLogic，简称：TTL)设备而实现，在体积、功耗以及成本上都超出了预电路转485电路进行设计．利用STM32L152提供期．因此当前需要设计一种能够实现地面传输仪的USART外设资源作为串行通信接口，还需要基本功能的同时在功耗、体积和成本上进行裁剪将其TTL电平信号转为RS

6、485接口标准的电平的新型地面传输仪．信号．为了降低通信时的功耗大小，通信模块采用的是SP3072EEN接口芯片．SP3072EEN芯片工收稿日期：2014—04—13作者简介：陈家林(1962一)，湖北武汉人，男，硕士，副教授．研究方向：嵌入式系统与现场总线技术第5期陈家林，等：油井数据地面传输仪的设计69作电源电压为3．3V，电流为800,aA．SP3072EENoscpu_a．asm和os_cpu．h源文件．os_cpu．h文件主采用半双工通讯方式，与单片机引脚连接简单，其要包含了与编译器相关的数据类型定义和函数说连接如图2所示．明，需要根据编译器环境进行修改．OS—c

7、pu—e．c文件主要是根据CPU的大小端存储模式以及堆栈增长方向等与硬件密切相关的处理器要求来实现任务堆栈的初始化函数．OS—cpu—a．asm文件包括了底层汇编代码，需要根据具体的硬件汇编指令集以及系统中断实现临界区函数和任务上下文切换函数．3功能设计图2485接口转换电路3．1传输实时性设计Fig．2485interfaceconvertercircuitdiagram地面传输仪作为井下至地面数据有线传输的为了满足地面传输仪较大数据容量存储、运核心设备，在数据传输过程中的稳定性、实时性、行稳定性以及