原油含水率測(cè)試儀顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/馮旭東、張一杰、李建航、強(qiáng)兵照、張佳佳、徐貝，西安石油大學(xué)

基金項(xiàng)目：本文獲2015年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：“原油含水率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀” 資助。

原油含水率測(cè)試儀顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/馮旭東、張一杰、李建航、強(qiáng)兵照、張佳佳、徐貝，西安石油大學(xué)

基金項(xiàng)目：本文獲2015年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：“原油含水率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀” 資助。

在石油工業(yè)中，原油含水率的在線測(cè)量是油田優(yōu)化生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)智能完井的關(guān)鍵技術(shù)，為儲(chǔ)油層的特性分析和開(kāi)采提供重要依據(jù)1]。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要設(shè)計(jì)了一種可用于原油含水率測(cè)試儀的顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由STC89SC52單片機(jī)以及OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）顯示器組成，單片機(jī)通過(guò)控制SSD1306驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能。單片機(jī)操作方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，OLED顯示器不需背光源且具有對(duì)比度高、厚度薄、體積小、視角廣、反應(yīng)速度快、溫度范圍寬的特點(diǎn)[7]，非常適合現(xiàn)場(chǎng)使用。系統(tǒng)經(jīng)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示含水率值的功能，并且工作穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，可以作為原油含水率測(cè)試儀的顯示系統(tǒng)。

原油含水率；STC89C51單片機(jī)；SSD1306驅(qū)動(dòng)模塊；OLED顯示屏

引言

原油含水率是石油開(kāi)采、石油化工行業(yè)中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)原油的開(kāi)采、脫水、儲(chǔ)運(yùn)銷售及原油煉制加工等都具有重要的意義。原油含水率實(shí)時(shí)測(cè)試儀器，可以直觀地顯示原油的含水率值，并可以較為準(zhǔn)確了解當(dāng)下含水率情況，對(duì)比傳統(tǒng)的取樣蒸餾法測(cè)含水率有極大的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于油田的開(kāi)采有重大意義[2][3]。由于含水率測(cè)試儀需要安裝在油井井口進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)測(cè)量，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件較為惡劣，溫度變化大，對(duì)原油含水率測(cè)試儀的顯示系統(tǒng)要求較高，普通的液晶顯示器不能滿足要求。OLED( OrganicLight-EmittingDiode)稱之為有機(jī)發(fā)光二極管或有機(jī)發(fā)光顯示器，它被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)，具備自發(fā)光，不需要背光源，另外其對(duì)比度高、畫(huà)質(zhì)均勻、視角廣、反應(yīng)速度快，而且因OLED是全固態(tài)、非真空器件，所以其具有抗震蕩、耐低溫等特性[4]-[6]。因此含水率測(cè)試儀采用OLED顯示系統(tǒng)，可滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)作為含水率測(cè)試儀的顯示部分，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示及參數(shù)設(shè)置功能。設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，需要達(dá)到體積小，功耗低，顯示清晰，利于觀察，適應(yīng)性強(qiáng)的要求。因此本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制單元，讀取數(shù)據(jù)并控制OLED單色液晶屏驅(qū)動(dòng)模塊SSD1306，將儀器測(cè)量到的含水率值進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

■1.1 主控模塊

圖1 系統(tǒng)組成框圖

本設(shè)計(jì)的主控單元采用STC89C52RC單片機(jī)，它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能微控制器，操作簡(jiǎn)單，使用方便。它雖使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使其具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能：它可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模式。在空閑模式下，即便CPU停止工作，也允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存。這使其有效降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗，有利于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

■1.2 顯示驅(qū)動(dòng)模塊

顯示驅(qū)動(dòng)使用的是SSD1306 OLED模塊，專為共陰極型OLED顯示屏設(shè)計(jì)，它內(nèi)部集成DC-DC升壓設(shè)計(jì)，只需輸入3.3V電壓即可，無(wú)須為顯示屏提高額外電婭，其內(nèi)部嵌入了對(duì)比控制，顯示RAM和晶振，因此減少了外部元件和功率消耗。顯示模塊共有七個(gè)管腳，管腳說(shuō)明見(jiàn)表1。數(shù)據(jù)/命令的發(fā)送有三種接口選擇，本設(shè)計(jì)采用4-wire SPI接口方式。

表1 SSD1306 OLED模塊管腳說(shuō)明

■1.3 OLED顯示屏

含水率測(cè)試儀的顯示屏要求功耗低、顯示清晰、易于觀察，特別是溫度范圍要寬。本設(shè)計(jì)采用的0.96寸單色OLED 顯示屏，分辨率為128?64，其具備自發(fā)光，對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、使用溫度范圍廣等優(yōu)異特性，非常適合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

■1.4 按鍵模塊

鍵盤模塊的功能是進(jìn)行顯示設(shè)置以及現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)置，測(cè)試儀在測(cè)量一段時(shí)間后，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況通過(guò)按鍵進(jìn)行手動(dòng)參數(shù)校準(zhǔn)，該模塊采用的芯片是CH450，利用該芯片對(duì)整個(gè)鍵盤進(jìn)行掃描。其中該芯片在本系統(tǒng)中采用2 線串行接口實(shí)現(xiàn)對(duì)4?4鍵盤的掃描。

圖2 顯示子程序流程圖

■1.5 電源模塊

電源模塊采用電池供電，使用AMS1117，IN4148芯片進(jìn)行降壓，穩(wěn)壓，得到顯示系統(tǒng)所使用到的+5V和+3.3V電壓。

2.顯示系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

顯示系統(tǒng)程序是含水率測(cè)試儀系統(tǒng)軟件的一部分，它的主要功能是將含水率測(cè)試儀的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，顯示數(shù)據(jù)間隔幾秒刷新，同時(shí)還可通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)。顯示程序流程如圖2所示。

圖3 獨(dú)立試驗(yàn)顯示效果

圖4 整機(jī)試驗(yàn)顯示效果

圖5 安裝在井口的含水率測(cè)試儀

3.試驗(yàn)測(cè)試

對(duì)含水率測(cè)試儀顯示系統(tǒng)試驗(yàn)進(jìn)行了獨(dú)立顯示測(cè)試、整機(jī)聯(lián)合測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試。獨(dú)立顯示測(cè)試檢驗(yàn)顯示系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)顯示功能并正常顯示數(shù)據(jù)，整機(jī)聯(lián)合調(diào)試就是將顯示系統(tǒng)與含水率測(cè)試儀的測(cè)試部分封裝在一起，在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，顯示功能實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立測(cè)試效果聯(lián)合調(diào)試效果如圖3和圖4所示。油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要檢驗(yàn)顯示系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性，安裝在油井井口的含水率測(cè)試儀如圖5所示，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的測(cè)試，測(cè)試儀的顯示系統(tǒng)工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種適合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的含水率測(cè)試儀顯示系統(tǒng)，成本低，安裝方便。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可實(shí)時(shí)顯示含水率值，工作穩(wěn)定，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)范圍廣，為OLED技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)儀器顯示方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

＊ [1]張乃祿，薛朝妹，徐竟天，等.原油含水率測(cè)量技術(shù)及其進(jìn)展.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2005

＊ [2]王莉田，王玉田，史錦珊，等.原油含水測(cè)量?jī)x的研究.傳感技術(shù)學(xué).2000

＊ [3]朱立新，崔國(guó)立，馬曉明．便攜式原油含水率快速測(cè)量?jī)x表的設(shè)計(jì)．儀技術(shù)與傳感器.2003

＊ [4]陳志明，朱文清，張志林，蔣雪茵.256級(jí)灰度OLED驅(qū)動(dòng)電路[J].半導(dǎo)體光電.2005年02期

＊ [5]邵作葉，鄭喜鳳，陳宇.平板顯示器中的OLED[J].液晶與顯示.2005年01期

＊ [6]朱彤珺，李來(lái)運(yùn).柔性O(shè)LED封裝方法的研究[J].半導(dǎo)體技術(shù).2007年04期