抽油机无线示功仪的研制.pdf

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1、Electronictechnology·电子技术抽油机无线示功仪的研制文／潘大伟于云华示功图是分析抽油机工作状况的重要手段。针对目前拉线式和角度式示功仪存在故障率高等缺点，设计了一种基于加速度传感器的无线示功仪。该示功仪利l载荷用无线模块接收指令，以单片机l采集电路为控制核心，通过加速度传感器和载荷传感器对抽油机参数进行测量，计算出示功图所需的位移l加速度单片机毳羹和载荷，再通过无线模块上传示功图数据。详细介绍了硬件电路I采集电路和示功图数据的测试结果。现场实验表明，该装置具有可靠性高、测量准确等优点。图1：无线

2、示功仪的组成【关键词】抽油机无线示功仪1引言抽油机示功图是分析、诊断抽油机生产的一种重要手段，它由抽油杆上下运动时不同位移与该位移处抽油杆上所承受的载荷两部分组成。载荷可以通过载荷传感器测量，而位移主要利用拉线式传感器和角度式传感器测量，它们均需要借助复杂的机械结构，故障率较高。为了改善上述缺点，本文提出了一种基于加速度传感器的无线示功仪。该示功仪通过无线模块接收上位机指令和上传示功图数据，利用加速度传感器间接测量位移，从而克服了传统示图2：载荷采集电路功仪的缺点，具有可靠性高、测量准确等优点。2无线示功仪的组成由

3、于抽油机一般布置于野外，并且该无频率为1MHz时，工作模式下耗电330~A，无线示功仪的组成如图1所示，主要包线示功仪固定于抽油机悬点，电源不易更换，LPM4低功耗模式下，耗电仅为0．2，同括单片机电路、电源电路、载荷采集电路、加为了保证供电质量、延长供电时间，减少维护时该芯片还集成12位A／D转换器和10kB速度采集电路、无线模块几部分。工作量，该装置采用高能量型锂亚硫酰氯电池。RAM，满足大量数据采集和处理的要求。该装置的电源电路由电池和电源芯片组该电池容量为19Ah，额定电压3．6V。2．3载荷采集电路成，载

4、荷采集电路和加速度采集电路分别对载本装置所有元件都是由该电池通过额定荷信号和加速度信号进行采集、放大和滤波，输出电压为3V的NCP500稳压电源芯片供电。本装置采用载荷传感器测量载荷大小。再将处理后的信号送入单片机。单片机经过NCP500具有低功耗、低噪声、快速响应等特载荷传感器把受力情况转变为电信号输出。本A／D转换后得到数字量的载荷与加速度，通过点，并且可由单片机设置为待机模式(Standby)装置的载荷传感器电源电压3V，量程0—150kN，数字滤波、积分计算出示功图数据，利用无线或工作模式。输出0-4．5m

5、V。由于输出电压较低，单片机不模块上传给上位机。下面对主要组成部分进行能准确对其进行测量，因此需要对该信号做放2．2单片机控制电路说明大处理。该装置采用AD623作为放大电路芯本装置采用TI公司生产的MSP430F161l片。载荷采集电路如图2所示。2．1电源电路作为主控芯片当该芯片采用2．2V供电，AD623的输入信号v为IN+与IN．两脚·基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助(14CX02178A)。ElectronicTechnology＆SoftwareEngineering电子技术与软件工程·13

6、3电子技术·Electronictechnology间的差值，6脚输出v为：+3V(1+100_kf~)=该电路中，为400l'~精密电阻，将载荷传感器输出范围0～4．5mV放大为0～1．1295V，再送入MSP430单片机的P6．0／A0引脚进行A／D转换。2．4加速度采集电路本装置的加速度传感器采用AnalogDevices公司生产的ADXL1O3，该芯片可输出与加速度成正比的模拟电压信号，并可以安装不同容量电容选择输出信号的低通滤波器带宽。加速度采集电路如图3所示。本装置中ADXL103电源为3V，输出灵敏度

7、为560mv／g，输出引脚连接lOaF滤波电图3：加速度采集电路容，低通滤波器带宽设置为0．5Hz。ADXL103的输出信号通过滤波后送入MSP430的P6．1／A1口。2．5无线模块本装置无线模块采用nRF905，该模块供电电压为1．9～3．6V，工作于433／868／915MHz三个频道，使用SPI接口与控制器通信，具有四种工作模式，分别为掉电模式(Powerdown)、Z待机模式(Standby)、接收模式(ShockBurst~RX)和发送模式(ShockBursdTX)。糖耱nRF905的VCC引脚连接+

8、3v，作为nRF905的电源；MSP430的P1．5、P1．6、P1．7分别连接TXEN、TRXCE、PWRUP，选择nRF905的工作模式；P2-3、P2．4、P2．5、P2．6模拟SPI总线，连接nRF905的MISO、M0SI、UCLK、CSN引脚：P2．9、P2．1、P2．2连接nRF905的CD、AM、DR引脚，判断是否收到数据包。当nRF905接