（西安思坦仪器股份有限公司，陕西省 西安市 710065）
摘要：为了实现对油田注水井压力的采集、显示、存储及远传功能，设计了一款以单片机MSP430F5418A为核心的井口压力计。通过采集介质的压力，利用高分辨率的模数转换芯片把压力信号转换成单片机可识别的数字信号，然后对此信号进行处理，通过液晶屏进行显示、数据存储并输出标准工业信号，方便数据采集和传输，进而实现井场的数字化管理。
1 引言
油田注水是油气开采过程的重要工作之一,油田的注水开发在油田的开发过程中具有极其重要的意义,通过精确测试注水井的压降过程,控制注水量保持地层压力,是实现油田稳、高产的一项重要技术。
注水作为油藏稳压、增产的重要方法之一，在世界范围内得到了广泛的应用。注水井在注水开发中起着相当重要的作用，利用注水井试井评价油藏动态，监控注水过程具有重要意义，注水井压降资料的应用是认识油藏、评价油藏及油藏动态监测的重要方法之一，能有效反映油藏动态参数。为油田较长期稳产和高产打下良好的基础。
2 工作原理
该压力计是机电一体化的高技术产品，主要由压力测试系统、温度测试系统和控制部分等组成。
压力测试系统是该装置的关键部分，其通过高精度的压力传感器实时采集介质压力，然后把压力信号通过高分辨率的模数转换芯片转换成单片机可识别的数字信号；温度测试系统通过高精度的温度传感器实时采集温度信号，然后把温度信号通过高分辨率的模数转换芯片转换成单片机可识别的数字信号；控制部分通过当前的温度参数对压力值进行实时补偿，已得到最准确的压力值；然后对此上述参数进行存储、显示以及RS485远传。
3 硬件设计
3.1硬件整体结构
硬件设计时，需根据仪器使用的现场工况以及整体性能要求，选择合适的元器件[1]。油田注水井大多没有大多数井场没有电力设施，所以，此次设计必须要考虑降低功耗设计，硬件功能上实现外界电源和电池供电自动切换[2]。此次设计的井口压力计硬件电路部分主要由电源管理模块、主控模块、温度和压力检测电路模块、液晶显示模块、数据存储模块及RS485数据远传模块等组成。
3.2电源管理模块
采用外接24V电源和电池自动切换供电，即有外接24V电源时，电池不工作；没有外接24V电源时，电池工作。搭建硬件电路，使切换过程在硬件上自动完成[3][4]。
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3.3主控模块
此次设计主要考虑低功耗，因此选用德州仪器的MSP430F5418A作为系统的MCU。MSP430由于采用全静态COMOS设计，电源操作能耗很低，并且稳定、可靠。MSP430有正常工作模式（AM）和4种低功耗模式，而且可以方便地在各种模式下切换。它的超低功耗模式在实际应用中，尤其是电池供电设备中表现优为突出。它除了具备128K字节ROM、16K字节RAM和大量I/O口外，还集成了12路ADC模块、定时器/计数器模块、同步串行SPI/I2C/UART模块，同时单片机内带实时时钟功能，能自动记录测量数据的日期和时间等，节省了大量外围器件[5]。
3.4温度、压力检测电路模块
温度和压力供电电路采用恒流供电，温度、压力信号经模数转换芯片后把信号送到单片机。
温度检测电路测量介质的温度，该温度信号经供电电路将温度探头的电阻变化量转变为电压的变化量，该电压变化量与温度值成正比；压力检测电路测量介质的压力。压力传感器输出的压力信号经高分辨率的模数转换芯片转换成单片机可识别的数字信号由单片机来处理。
3.5液晶显示模块
显示模块采用清达光电的OLED液晶屏，在强光下可视，型号为HGSC128642-Y-EH-LV-SPI。显示界面主要包括温度参数、压力参数；通过按键操作可以对需要修改的参数进行设置，其操作简单、方便。
4 软件设计
软件上采用C语言编程，主要有系统初始化程序、温度、压力定时采样中断子程序以及各功能模块子程序。
系统上电后，先对I/O口、OLED、内部时钟、AD、串口、定时器进行初始化，然后对按键进行判断，执行相应的程序。
5 结语
基于MSP430F5418A单片机的井口压力计硬件电路采用低功耗设计，MCU根据系统设定的时间表进行数据采集，数据采集时整个系统功耗为15mA，数据采集完马上进入低功耗模式，低功耗模式系统功耗仅为20 uA；系统设定时间到即退出低功耗模式进行数据采集。电池供电采用容量为20A•h的电池，安装一节电池至少工作1年。
参考文献
[1]秦龙.MSP430常用模块与综合系统实例讲解[M].北京:电子工业出版社,2008:102-103.
[2]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计开发[M].北京:航空航天大学出版社, 2001.
[3]李智奇.MSP430系列超低功耗单片机原理与系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008:89-91.
[4]陈海波，陈立功等.用MSP430实现LCD人机界面系统[J].电子产品世界2001,(11):13-15.
[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社,2001:194-267.
作者简介：冯力天(1983－)，男，硕士，工程师，研究方向为机械电子工程。
论文作者:冯力天 孙祖臣 魏琳娟 朱运周
论文发表刊物:《知识-力量》2019年6月下
论文发表时间:2019/4/4
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