微型堵塞器型压力计的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微型堵塞器型压力计的设计.精品文档.学 号: 0103070110 吉林农业大学发展学院毕业设计（论文）微型堵塞器型压力计的设计学 院:电子信息工程学院专 业:测控技术与仪器 班 级:一班 姓 名:刘海龙 指导教师:吴旭云 微型堵塞器型压力计的设计摘要首先介绍了压力计的用途，并将我们设计的压力计同国内外使用较多的压力计做了性能比较；然后，概述性的介绍了压力计的工作原理；并对压力计的总线选择、电数据压缩做了概念性介绍。并且对压力计的测量部分，计算部分，时间控制部分，电源控制部分，存储器部分的原理做了详细的阐述 其次详细论述了本压力计的下位机软件

2、各组成部分。首先，在本章开头我们给出了测井数据采集部分、DS1629报警部分、数据存储部分及I2C总线部分的程序流程图，最后给出了主流程图。 再次详细论述了数据拟合回归公式的基本原理，并给出了如何用拟合好的公式计算压力，温度值。只有对采集的数据进行数据拟合回归，才能得到真实的压力、温度值。数据拟合公式中系数的选择将对温度、压力值的精确度有极大的影响。 为了提高系统的鲁棒性，我们在本压力计的硬件及软件设计上都对容错性给予了极高的重视。在本章中，阐述了软件容错的基本概念、基本原理、基本方法、以及模型设定。最后，以本压力计为例，给出了软件容错的一些实际应用。关键字 石油 压力计 温度计The min

3、iature stops the design of a pressure gauge of machineAbstract firstly,it introduces the use of manomerer,and it also compares the function the manometer of our design with the most used ones both here and abroad.Second,it introduces the operational principle of manomerer in general,and it also give

4、s us a conceptual introduction for the main line choice and data compaction.,it expatiates the the principal of detecting unit,computingtime,time control,power control ,memorizer.it discusses in particular the every part of the down machine sofetware.It firstly shows the collection of well logging d

5、ata,DS1629 alarm system,data storage and program flow picture of I2C main line,then it shows the main program flow picture.It expatiates the basic principle of data fittings regression formula,and it shows that how to use regression formula to calculate the press and tempreture.Only if we use regres

6、sion formula in collectiong date,we can get correct press and tempreture.The coefficient of data fittings regression formula will have a great influence for the precision of press and tempreture.In order to improve the robustness of the system,we pay great attention to the fault tolerance of hardwar

7、e and software of this manometer.In this Chapter,it states many aspects of of fault tolerance,such as ,basic meaning,basicprinciple,basic method,and model specification.Finally,using this manometer as an example,it shows the practical application of software fault tolerance.Keywords Petroleum Pressu

8、re gauge Thermometer目 录第1章 绪论61.1 井下压力、温度测量仪的研究概况61.2本课题的方案确定和要完成的工作71.2.1 总体设计方案81.2.2 系统工作原理81.2.3传感器选择91.2.4 系统总线选择101.2.5 要完成的工作121.3本章小结12第2章 系统硬件132.1 硬件组成132.2 工作原理172.2.1压力测量部分172.2.2 温度测量部分182.2.3 电源控制部分182.2.4 存储部位192.2.5定时控制部分192.3本章小结19第3章 系统软件203.1 测井数据采集部分203.2 时钟控制部分203.3 数据存储部分233.4I

9、2C总线部分253.4.1I2C总线的基本原理253.5主程序流程图293.6 本章小结32第4章数据回归334.1 数据回归概述334.2 拟合算法推导344.3 参数应用及实验结果364.3.1求井温364.3.2求压力值364.4 本章小结37第5章软件容错385.1软件容错的定义与分类385.1.1时间容错385.1.2 信息容错395.1.3 软失效运行395.2 软件容错系统结构介绍395.2.1 N版本程序结构395.2.2 恢复模拟块法405.2.3提高软件的刚健性（robustness）415.3 应用415.3.1 防止死机415.3.2判断读出时间是否正确425.3.3判

10、断下次报警是否能够实现425.3.4 判断工作表455.4本章小结46第6章结束语47致谢48第1章 绪论 石油是一个国家的命脉，石油产业的兴衰直接影响到国家的经济。所以我国一直对油藏工程给予极高的重视。在油藏工程中的许多方面，可靠的地下油藏资料都是十分重要的：油藏工程师必须掌握大量的油藏数据资料，才能准确的分析油藏动态和预测各种开采方式下的生产趋势；菜油工程师也要了解生产井和注入井生产条件才能在油藏最佳动态情况下进行开采。这些资料大都是通过不稳定试井得到的。 不稳定试井方法，例如，压力恢复、降压、注入能力测试等等，都是油藏工程和采油工程的一个重要方面。不稳定试井方法的主要过程由两部分组成：一

11、部分是在井底造成压力改变，另一部分是测量压力改变随时间的变化。通过测量得到的压力值，可以用来估算出岩石、流体和井的特性参数，其有助于用来分析、改进和预测油藏动态。从不稳定试井获得的实验资料包括井筒体积，地层压力，渗透率，孔隙度，储量和其它有关数据。从中可以看到，这种方法的关键的技术资料就是测量得到的精确的压力值。以前，不稳定试井方法受到许多限制，其中最重要的一方面就是缺少精确的压力数据，而无法进行确切的分析。1.1 井下压力、温度测量仪的研究概况 目前，国外的井下测压技术发展的十分迅速，主要测量仪器为存储式电子压力计。其大多有着压力量程大、精度高、存储量大、采样速度快等优点，而国内的井下测压技

12、术还不十分先进。国内外常见的压力测量仪的性能指标可参照下表1.1. 但由于此类传统压力计大多有着直径宽，体积大等诸多不利因素，造成现场测试困难，费用高、成本高，因而急需一种直径小、精度高、工作时间长的新型压力计。目前此类小直径压力计在国外已经问世，但是价格昂贵，而且井下工作时间较短；国内同类产品较少，而且在测量精度、功耗、存储容量方面不尽人意。我们的微型堵塞器型压力计就是在这种形势下研制出来的新型产品。这套仪器配套于偏心配水器，测试工艺完全依照分层配水及测试工艺进行。因而极利于注水井的压力温度测试，简化了工艺，节约了人力、财力。 生产 厂家 斯坦微电子研究所 北京金时石石油测试技术有限公司北京

13、双福星科技有限公 司大庆大名新技术开发公司大庆市仪星有限公司压力量程（Mpa）050030045030030压力分辨率（%FS）0.050.010.050.050.01压力精度（%FS）0.50.50.40.50.5温度量程（）-10+125-40+120-20+1200+80-30+120温度精度（）0.50.5110.5温度分辨率（）0.10.10.50.50.1存储容量（点）300012000160001360014272井下工作时间（天）90180120180150 表1.1 国内外常见大直径压力测量仪性能指标参照表 由上可见：一般压力计，其精度只能达到千分之一左右；而且一般只能耐到1

14、20度高温，我们知道随着井的深度增加，井下的温度也在增加，所以这种耐温度就限制了被测井的深度；一般的测压计的容量也不是很大，只能达到25万组数据，更有甚者只有几千组，因为井下数据的数量越多对被测井的特性分析也就月充分；存储量不大，也就意味着不会掌握很多的井下压力数据，很大的限制了不稳定试井的使用范围；而且，大多数压力计的温度测量不精确，现在国际通用的压力计都要求精确的温度测量，这是因为被测井下压力同当时的井下温度有关，测得的压力数据要根据以温度拟合成的数据为系数的方程来得到正确的压力真值，如果温度值不准，则压力值也不会准确。而且，温度本事对于试井也有着极大的意义。1.2 本课题的方案确定和要完

15、成的工作 对本课题所提出的技术指标有如下几项：压力量程： 075Mpa压力精度： 0.05%FS压力分辨率： 0.001%FS温度量程： -30+125度温度精度： 0.1度温度分辨率： 0.05度 最大存储容量： 80000点 井下工作时间： 半年以上 外径： 15mm 长度： 200mm 从以上指标比较来看，我们所设计的这台高精度压力计同国内外同类产品相比有着以下几方面优点：1） 压力精度高。2） 温度量程宽，这意味着可以用来测量更深的井，增大了使用范围。3） 存储量大，也就是说利用这台仪器一次可以测量取得更多的数据。4） 体积小，克服了传统大直径压力计存在的弊端，给现场的使用带来了方便，

16、节省了人力财力。 本次设计的堵塞器型压力计的大多数指标都已经赶上或者超过国际水平。1.2.1 总体设计方案 井下存储式压力计不需要传输电缆，利用电池供电。因为是在井下几千米进行测量，没有办法利用地面电源对压力计供电，只能采用电池供电。这就要求硬件部分要有着低功耗的特点，否则仪器无法在地下工作十几个月。为了延长仪器的一次下井时间，应该在采用同类小功耗元件的前提下尽可能的减少元件个数，并且还应该寻找进一步省电的方法。 整个仪器将工作在几千米的地下，必须可耐125的高温。这要求系统的元器件要有耐高温的特性。一般民用元件耐温在0+70之间，根本无法满足设计要求，其实工业级的元件也只能耐温在-40+80

17、之间，所以要达到指标要求，必须采用军品元件并进行高温筛选以得到耐高温元件。本次设计中所用到的器件均选用功耗低的军品元件。 为了达到大容量的存储空间，我们可以采用单片大容量存储器或多片小容量存储器。因为存储器也必须耐高温，所以如果采用前者则价格极其昂贵，如果采用后者则难免要增大功耗，影响井下的工作时间。但无论采用哪种方式，适当的采用一些数据压缩算法都是应该的。对于数据压缩，应该注意的事项是，压缩时间应该不大，以免影响数据的采集。1.2.2 系统工作原理 压力计进行工作参数设定以及在测量完毕后进行数据回放时，地面系统框图如下所示： 打印机 堵塞器压力计打印机线PC 机专用通信线 图 1.1 在工作

18、前，需要通过专用通讯线，用随机配制的系统软件进行压力计的初始化，设置各项工作参数（时间表和工作表）。使用时，系统便在CPU的控制下，按照预先设置的工作表进行定时采样，并将采集到的压力、温度数据保存在存储器中。然后压力计电路进入低功耗状态，此时消耗电流只有6uA，等待下一次采样开始。压力计的工作原理框图如图1.2所示。当存满数据存储器时，系统只进行采集，但不再对采集到的数据进行存储。仪器工作结束后，重新接上专用通讯线，在上位机上运行随机配制的系统软件对数据进行回放，并可以根据需要进行数据存储、显示、绘图等操作。 温度传感器 单元压力传感器 单元CPU 数据放大转换单元 时钟单元 电源单元 数据储

19、存 单元 图 1.21.2.3传感器选择 由前述可知：有待测量的物理量有温度、压力两种。温度、压力传感器一般可以分成两类：模拟传感器、石英晶体传感器。1） 模拟传感器：普通国产压力模拟传感器的压力精度一般为0.5%0.8%，温度模拟传感器的精度为0.10.5.可见要想提高测量精度，就必须选择精度高的压力传感器。此外模拟传感器的体积很小，因此符合本次小直径压力计的设计目的。2） 石英晶体传感器：石英晶体传感器的相对精度很高，压力计石英晶体分辨率可达到0.02%，精度可达到0.05%；温度石英晶体传感器分辨率可到达0.005，精度可达到0.01.但是石英晶体传感器的体积相对很大，鉴于本次设计的要求

20、，最终选择体积小，精度较高的模拟传感器。通过对众多厂家的压力传感器的比较选择，我们最终选择瑞典KELLER公司的压阻式压力传感器。KELLER公司作为欧洲著名的压阻式传感器生产厂家，其产品具有体积小，重量轻，精度高，灵敏度高、稳定性好、一体化结构等特点。本次选用精度为0.05%的KELLR-1型压力传感器。为了测量并下温度，并考虑到系统小型化，这里选用带有时钟功能的温度传感器DS1629，其在-30+125的温度范围内，其测量精度高达0.3，满足了本次设计要求。1.2.4 系统总线选择 90年代，单片机（MCUMicro controller Unit）及其外围器件技术有了惊人的发展，新一代单

21、片机的出现，使人们可以按对象需要选择合适的单片机；单片机的内外串行总线大大地简化了单机、多机与网络系统的硬件结构。可以说，新一代单片机技术的显著特点之一就是串行总线的推出。在没有专门的串行扩展总线时，只能通过并行总线扩展外围器件。而由于并行总线扩展时连线过多，外围器件工作方式各异，外围器件与数据存储器混合编址等，都给单片机系统设计带来较大困难。现在退出芯片间的串行数据传输技术，其设置了芯片间的串行传输接口或串行总线，起到了简化系统结构，提高系统可靠性的作用。新一代单片机中，除了必须的储存器扩展要用到并行接口之外，其他外围器件都可以通过串行方法进行扩展。由此，我们可以得到新一代单片机并行总线、串

22、行总线扩展的优选模式如图1.3所示： 芯片间串行接口与串行总线分类： 目前单片机应用系统中常用的串行扩展总线主要有MOTOROLA公司的串行外围接口SPI（Seral Peripheral Interface）、NS公司的MICROWIRE/PLUS串行同步双工通讯口和Philips公司I2C BUS(Inter IC BUS),下面介绍一下它们的特性：a） 串行外围接口SPI LED驱动 LED显示 8并行扩展8串行扩展I2C总线 图1.3 并行总线、串行总线扩展的优选模式 SPI是一种三线同步接口，其通过串行数据线（MISO、MOSI）和串行时钟（SCK）实现芯片间的数据传送。图1.4为S

23、PI串行扩展电路。 SK MOSI SPI MISO CSI主机端 CS2 CS3SK SPISI 从机SOCSSK SPISI 从机SOCSSK SPISI 从机SOCS 图1.4 单主机SPI串行扩展电路 从图1.4可以看出从机的选通是依靠每个人从器件的CS引脚的选通信号，因而数据送软件十分简单，省去了从器件的地址选择，但在扩展器件较多时，连线不会简洁。而且，其采用硬件片选，难免会占用I/O口线，使得口线使用紧张。在口线数目一定的情况下，从器件的数量会得到限制（与后面的I2C总线技术比较）；反之，如果要增大从器件数目，无疑增加额外的I/O口扩展器件，又增大了系统的功耗 b）串行通讯接口MI

24、CROWIRE/PLUSSI为串行数据输入；SO为串行数据输出；SK为串行移位时钟。图1.5为MICROWIRE/PLUS接口串行扩展图。 COP800 HPC 系列 单片机 主机 SI SO SK CSEPPROMDO DICLK CS A/DDO DICLKCOP800 HPC 系列 单片机 主机SOSISK 图1.5 MICROWIRE/PLUS接口串行扩展图 从图1.5可以看到MICROWIRE/PLUS的优点同SPI相同，但同样没有能够避免SPI总线的缺点。 C） I2C串行扩展总线 I2C与SPI、MICROWIRE/PLUS接口不同，它以两根连线实现了完善的全双工同步数据传送。I

25、2C总线采用了器件地址的硬件设置方法，通过软件寻址完全避免了器件的片选线寻址方法，从而使硬件系统具有最简而灵活的扩展方法。按照I2C总线规范，总线传输中的所有状态都生成相对应的状态码，系统中的主机能够依照这些状态码自动的进行总线管理，用户只要在程序中装入这些标准处理模块，根据数据操作要求完成I2C总线的初始化，启动I2C总线就能自动完成规定的数据传送操作。图1.6为I2C总线应用系统的典型结构。处理器件外围器件 单片机 或微处 理器 单片机 或微处 理器 外围接口模块 I2C总线驱动器 远程I2C系统 图1.6 为I2C总线应用系统的典型结构 为减少功耗，我们应该尽量减少元器件的数量。因此，我

26、们在系统中采用新一代单片机总线技术串行总线。综上所述，我们采用I2C串行总线技术。1.2.5 要完成的工作 本次设计的主要工作有结合工艺进行系统硬件设计、系统软件设计、标定试验、现场下井试验、试验数据回放分析等。由于压力传感器的输出信号受到环境温度的影响，因此在压力计投入使用之前要进行标定试验。标定中心采用加拿大先锋石油技术装备有限公司提供的全自动标定系统。整套系统采用对比法进行标定，完全使用计算机远程控制。精度高，操作简单，标定范围大，效率高。1.3本章小结在本章中，首先介绍压力计的用途，并将我们设计的压力计同国内外使用较多的压力计做了性能比较；然后，概述性的介绍了压力计的工作原理；并对压力

27、计的总线选择、数据压缩做了概念性介绍。在以后的各章里，本论文将在此基础上，就系统硬件，系统软件，系统容错，数据压缩，数据回归各方面做进一步讨论。第2章 系统硬件 上一章，对本论文将要阐述的个部分做了概述性的介绍。在本章中，我们将详细介绍压力计的硬件组成及功能实现。2.1 硬件组成 这套系统的硬件基本有以下几部分组成：1）测量；2）计算：3）存储：4）电源；5）时钟；6）系统监控。其中测量部分由传感器以及A/D转换器组成；计算部分有单片机构成；存储部分由24C1024组成；电源控制采用MAX619集成芯片；时钟用DS1629；系统监控用MAX6315。各部分芯片简介如下：1） 压力采样环节：压力

28、传感器采用瑞典KELLER公司的压阻式压力传感器，其输出为与压力成比例关系的电压信号，因此需要加上A/D转换环节。为了提高测量精度，这里选用美国Analog推出的具有24位精度的转换器AD7710。AD7710为美国Analog Devices推出的性能优越，高分辨率的A/D转换集成电路。它具有两路差模输入，1128八档程控增益放大器，程控低通滤波器等特点，能完成24位A/D转换，转换频率为101000赫兹。AD7710是低频测量应用中的一个完整模拟的前端，能直径接受低频信号，并以串行数字方式输出，用转换技术实现24位无误码性能，而且具有片内基准电压，SO24封装，工作温度可达到125.2）

29、温度采样及系统时钟：为了节约设计空间，这里采用集温度传感器与实时时钟于一体的高性能芯片DS1629.DS1629是美国DALL公司最新推出的带有二线制串行接口（I2C）的时钟数字化温度计，测量精度为0.3，测温度范围是-55125，并且具有可编程、宽电压、低功耗等特性，特别适合于电池供电系统中。 DS1629内部集成了时钟及温度监控。数据传输采用I2C总线技术。其工作电压范围广。时钟/日历单元提供秒、分、小时、星期、天、月、年单元。每月天数随月份不同自动调整，且可以根据闰年调整。DS1629提供12或24小时模式，在12小时模式下提供AM/PM位。无论是测量温度超过设置温度，或是当前时间达到设

30、定的报警时间，DS1629的开环报警输出端都可以发出报警信号。使用者可以设定报警情况（只有时间、只有温度、或是不报警）。为存储系统数据或是时间温度数据。DS1629提供了32字节的SRAM，因为其不限制读写次数，我们将浮动工作表存在其中。 DS1629特点： 时钟可以自动调节2100年以前的时间；用户设定时间或稳定报警；内含32字节SRAM；I2C总线数据输出；宽供电范围：（2.2V5.5V）：8脚SOIC封装。其引脚如图2.1所示。 引脚功能如下： SDA、SCL：I2C总线数据线及地址线 ALRM： 温度、时间报警输出端 X1、X2：32.768HZ晶振输入端及反端 OSC： 晶振输出端

31、图2.1 DS1629封装图 3） 系统CPU采用Philips公司推出的新型单片机P87LPC769.其采用CHMOS工艺，采用SO-20表贴封装，具有低功耗的特点。而且，P87LPC769为军品元器件，其可以耐高温度到125.经过筛选可以耐到150 4）我们采用24C1024作为存储器件，24C1024是一种新型I2C总线存储器件，其内有125K*8位电可擦除PROM，其可工作电压范围广（1.8V5.5V）。可用于低功耗通讯及数据存储，它具有页写功能，一次页写最大字节数可达256字节，在读取数据方面，其可以按字节读也可以采用连续读的方式。地址总线允许最多外挂2骗24C1024在同一总线上，

32、这样最大可达到2M位的地址空间。本机选用24C256的主要原因是其低功耗和小体积。 24C1024主要特点如下： 低功耗CMOS技术：串行内部总线（兼容I2C）；256字节页写功能；硬件写保护；10万次擦写；电压保护大于4000V；数据可保持200年；有PDIC以及SOIC两种封装；为耐高温，在本应用系统中采用24C1024，其可工作在-40+125之间，典型工作电流在写数据时为：3Ma,读数据时：400mA，静态电流：1uA。 引脚功能如下：AO：片选地址SDA：串行数据总线SCL: 串行地址总线WP： 写保护端当WP端为高电平时，24C1024只允许读操作，当其为低电平或悬空时，24C10

33、24允许读写操作。具体24C1024的读写操作见第三章 。图2.2 24C1024封装图 5）由于系统在井下工作时间一节3.6V的高能电池供电，而整个系统需要+5V的供电电源，因此需要直流变换器升压至5V。这里选用MAXIM公司推出的直流变换器MAX619。MAXIM公司研制的可调节5V充电泵直流变换器MAX619，由2节电池（23.6V）输入，就可转换成5V4%的电压输出。并且它的外围元件极少，在0.1平方英寸的印制板上，即可把整个的MAX619及外围元件装下。外围元件只有2个充电电容、2个输入输出电容。变换器自身最大耗电为150uA，带有可关断功能。逻辑控制负载开路时，耗电最大只有1uA。

34、有双列直插（DIP28P）和SO软封装形式，能适应各种需直流变换的场合。 MAX619输入23.6V（2节电池）电压，可提供5V输出。内部充电泵和外部滤波电容保证5V的输出。当输出电势有下降趋势时，充电泵受脉动控制，使电压保持在5V4%范围内。当ON/OFF为逻辑高电平时，MAX619就处于输出关断状态，充电泵开关停止工作，输出为0V。 MAX619输入23.6V（2节电池）电压，可提供5V输出。内部充电泵和外部滤波电容保证5V的输出。当输出电势有下降趋势时，充电泵受脉动控制，使电压保持在5V4%范围内。当ON/OFF为逻辑高电平时，MAX619就处于输出关断状态，充电泵开关停止工作，输出为0

35、V。MAX61典型应用电路如图2.3所示。 图2.3 MAX619典型应用电路 充电电容C1和C2的参数选择：C1和C2充电泵电容是关键元件，它的电容值保证输出电压和输出电流的稳定。其值应在0.22uF到1.0uF选择。大容量的电容（达50uF）也可用，但是，大容量电容使用后，输出电压的纹波将增加。所以，选择电容值不宜太小和太大，而且，应选用陶瓷和钽电容。设计时选择0.22U的陶瓷电容。2.2 工作原理 本系统为存储式压力计，其采用断电工作方式：即依照工作表（时间表）在特定时间进行数据采集、处理、存储，而在其它时间却处于断电状态（只有时钟工作）。这这种方式下，使得应用系统处于省电状态，又使得采

36、样数据不至过多，以免系统存储不下。2.2.1压力测量部分 第一章中已经介绍过，压力传感器采用KELLR-1型压阻式传感器，其量程为0-100Mpa，输出为0-600mV。的电压信号，有AD7710进行A/D转换后，变为数字最后进入CPU进行存储等处理。压力测量的原理如如下： AD7710引脚排列及外围电路如图2.4所示。（1）脚SCL K：串行时钟脉冲。当MODE为高电平时，则SCLK引脚输出串行时钟脉冲，器件状态为内时钟模式；当MODE为低电平时，则为外时钟模式，SCLK为输入端。（2）脚XIN：器件的主时钟信号。如主时钟信号为CMOS兼容时钟，则直接从该引脚馈入。（3）脚XOU:T器件的主

37、时钟信号。主时钟为石英晶体时，石英晶体联接在XIN和XOU T之间。（4）脚AO：地址输入。低电平时，对控制寄存器进行读和写，高电平时，进行数据寄存器和校准寄存器的存取。（5）脚SYNC：逻辑输入，低电平有效（6）脚MODE：模式选择，逻辑输入，高电平时，为内时钟模式；低电平时，为外时钟模式。（7）脚AINI（+）：通道1的正模拟输入。图2.4 压力测量原理图（8）脚AIN1（-）：通道1的负模拟输入。（9）脚AIN2（+）：通道2的正模拟输入。（10）脚AIN2(-)：通道2的负模拟输入。（11）脚VSS：负模拟电源。典型值为0-5V。单电源工作时，该端与地（A GND）短接。（12）脚AV

38、DD：正模拟电源，使用范围+5+10。（13）脚VBIAS：偏置电压输入。（14）脚REF IN（-）：负的参考电压输入端。（15）脚REF IN（+）：正的参考电压输入端。（16）脚REF OUT：内部2.5V参考电压输出端。（17）脚IOU T：补偿电流输出端。它能提供20uA的恒定电流，能与外部的热敏电阻连接，进行冷端补偿。（18）脚AGND：模拟地。（19）TFS：发送帧同步，低电平有效。在脉冲下降沿后串行数据有效。（20）脚RFS：接收帧同步发送帧同步，低电平有效。（21）脚DRD Y：逻辑输出，低电平有效，下降沿触发。（22）脚SDATA：串行数据。（23）脚DVDD：数字电源，+

39、5V。DVDD电压不能低于4.75V，否则AD7710不能正常工作。另外DVDD必须小于或等于AVDD。（24）脚DGND：数字地。 AD7710以一定的速率对压力差模输入信号（0600mV）进行连续采样，采样速率由主时钟f CLKIN决定。采样信号经PGA放大后，使其输出电平满足电荷平衡（）ADC的要求，尔后转换成数字脉冲序列。该序列经数字滤波器处理后以滤波器一阶陷波频率确定的速率更新21位的输出寄存器，寄存器中的数据可从双向串行口采用同步内时钟或同步外时钟方式随机读取，或者以输出寄存器更新速率周期地读取。AD7710的读写时序如图2.5所示。图2.5 外部时钟模式读写AD7710时序 AD

40、7710内部具有自校准、系统校准和背景校准等功能。自校准能消除芯片本身的零点误差和增益误差，系统校准能消除输入通道的失调和增益误差，背景校准能消除温度漂移、电源波动和时间漂移的误差。这些校准均由微控制器的软件来实现。A/D转换器的基本思想是基于过采样技术把更多的量化噪声压缩到基本频带外边的高频区，并由数字滤波器滤掉带外噪声。因此，过采样A/D转换技术有三个主要优点： 采用一位编码技术，故模拟电路少； ADC前面抗混（模拟低通）滤波器设计容易； 提高信噪比。本次设计中AD7710的转换速度设为10HZ，通过实验得知，其有效精度高达20位，满足了设计的要求。2.2.2 温度测量部分 系统测温传感器

41、采用数字温度传感器DS1629。在-55125测温范围内，其测量精度为2，然而采取扩展读后，其测量井度可达到3.DS1629的温度转换方式有两种：连续转换与单词转换。DS1629出厂时设定为一上电即开始连续测量温度，即连续转换方式。这一操作类似后台工作，主控CPU可连续读取温度寄存器，而不会影响稳定的测量与转换。由于DS1629的温度测量转换速度很快，而且在连续稳定转换模式下DS1629的功耗增加，如果让其在整个压力计的采样时间内连续稳定转换，则必然增加系统的功耗。因此程序设计时，让其一上电就处于单次转换模式，那么DS1629在一次温度转换完毕后，回到待机模式，这就降低了整机的功耗。 DS16

42、29芯片提供I2C协议接口，与CPU之间接口简单方便。CPU通过命令AAH、A8H、A9H分别读取温度寄存器（TEMP_READ）、计数寄存器（COUNT_REMAIN）、斜率寄存器（COUNT_PER_C）,然后通过下式的计算以提高转换精度。 T=TEMP_READ-0.25+式（2-1） 实验证明，选取DS1629进行测温并通过扩展读的方法，温度精度达到了0.3，满足设计指标。2.2.3 电源控制部分 由单节电池，升压片MAX619，模拟转换开关MAX4624以及电源监控芯片MAX6315构成的电源部分，起到了对电源的开关控制。本系统采用了在井下工作时无法从井上得到电能，只能采用电池供电。

43、为了能够长时间井下采集要求，要求系统功耗要小。为了达到低功耗目的，我们除了选用低功耗的元器件，整个系统采用了断电工作方式。在此方式下，MAX619只在工作表所指定的时间点为仪器供电，其余时间只为定时器供电，其余元器件处于断电方式。由上述可知，本系统要有两种供电：一路为定时器及其相关元件供电：另一路为采样、计算、存储环节供电。电源控制电路见下图所示。图2.6 电源控制电路图如图2.6所示，系统第一次上电时（接上电池），MAX6315产生100ms的复位，RST引脚变化低电平（维持100ms），因此模拟开关MAX4624的控制脚INI为低电平，此时COM1与NC1接通，升压片MAX619接通电源，其输出V2为5V，V1=1.3V。其中V2给系统供电，V1给时钟DS1629供电。系统工作后，让CPU的P1.2引脚（为开漏输出）为低电平，因此系统处于常供电状态。待采样结束后，让CPU置P1.2为高电平，因此MAX4624的控制脚IN1变为高电平。此时COM1与NO1接通，NC1