原油含水率測試儀顯示系統設計

作者/馮旭東、張一杰、李建航、強兵照、張佳佳、徐貝，西安石油大學

基金項目：本文獲2015年陜西省大學生創新訓練計劃項目：“原油含水率實時監測儀” 資助。

原油含水率測試儀顯示系統設計

作者/馮旭東、張一杰、李建航、強兵照、張佳佳、徐貝，西安石油大學

基金項目：本文獲2015年陜西省大學生創新訓練計劃項目：“原油含水率實時監測儀” 資助。

在石油工業中，原油含水率的在線測量是油田優化生產和實現智能完井的關鍵技術，為儲油層的特性分析和開采提供重要依據1]。本文針對現場環境的需要設計了一種可用于原油含水率測試儀的顯示系統，該系統主要由STC89SC52單片機以及OLED（有機發光二極管）顯示器組成，單片機通過控制SSD1306驅動模塊來實現顯示功能。單片機操作方便，穩定性強，OLED顯示器不需背光源且具有對比度高、厚度薄、體積小、視角廣、反應速度快、溫度范圍寬的特點[7]，非常適合現場使用。系統經室內和現場試驗，實現了實時顯示含水率值的功能，并且工作穩定，達到了設計目的，可以作為原油含水率測試儀的顯示系統。

原油含水率；STC89C51單片機；SSD1306驅動模塊；OLED顯示屏

引言

原油含水率是石油開采、石油化工行業中的一個重要參數，對原油的開采、脫水、儲運銷售及原油煉制加工等都具有重要的意義。原油含水率實時測試儀器，可以直觀地顯示原油的含水率值，并可以較為準確了解當下含水率情況，對比傳統的取樣蒸餾法測含水率有極大的優勢，這對于油田的開采有重大意義[2][3]。由于含水率測試儀需要安裝在油井井口進行長時間的實時測量，而現場環境條件較為惡劣，溫度變化大，對原油含水率測試儀的顯示系統要求較高，普通的液晶顯示器不能滿足要求。OLED( OrganicLight-EmittingDiode)稱之為有機發光二極管或有機發光顯示器，它被認為是下一代的平面顯示器新興應用技術，具備自發光，不需要背光源，另外其對比度高、畫質均勻、視角廣、反應速度快，而且因OLED是全固態、非真空器件，所以其具有抗震蕩、耐低溫等特性[4]-[6]。因此含水率測試儀采用OLED顯示系統，可滿足現場環境的要求。

1.系統硬件設計

本系統作為含水率測試儀的顯示部分，主要實現數據的實時顯示及參數設置功能。設計針對現場環境，需要達到體積小，功耗低，顯示清晰，利于觀察，適應性強的要求。因此本設計采用STC89C52RC單片機作為控制單元，讀取數據并控制OLED單色液晶屏驅動模塊SSD1306，將儀器測量到的含水率值進行實時地顯示。系統設計框圖如圖1所示。

■1.1 主控模塊

圖1 系統組成框圖

本設計的主控單元采用STC89C52RC單片機，它是STC公司生產的一種低功耗、高性能微控制器，操作簡單，使用方便。它雖使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使其具有傳統51單片機不具備的功能：它可降至0Hz靜態邏輯操作，可選擇節電模式。在空閑模式下，即便CPU停止工作，也允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存。這使其有效降低整個系統的功耗，有利于現場應用。

■1.2 顯示驅動模塊

顯示驅動使用的是SSD1306 OLED模塊，專為共陰極型OLED顯示屏設計，它內部集成DC-DC升壓設計，只需輸入3.3V電壓即可，無須為顯示屏提高額外電婭，其內部嵌入了對比控制，顯示RAM和晶振，因此減少了外部元件和功率消耗。顯示模塊共有七個管腳，管腳說明見表1。數據/命令的發送有三種接口選擇，本設計采用4-wire SPI接口方式。

表1 SSD1306 OLED模塊管腳說明

■1.3 OLED顯示屏

含水率測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。本設計采用的0.96寸單色OLED 顯示屏，分辨率為128?64，其具備自發光，對比度高、厚度薄、視角廣、使用溫度范圍廣等優異特性，非常適合現場環境。

■1.4 按鍵模塊

鍵盤模塊的功能是進行顯示設置以及現場校準設置，測試儀在測量一段時間后，可以根據現場的實際情況通過按鍵進行手動參數校準，該模塊采用的芯片是CH450，利用該芯片對整個鍵盤進行掃描。其中該芯片在本系統中采用2 線串行接口實現對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芯片進行降壓，穩壓，得到顯示系統所使用到的+5V和+3.3V電壓。

2.顯示系統程序設計

顯示系統程序是含水率測試儀系統軟件的一部分，它的主要功能是將含水率測試儀的實測數據進行實時顯示，顯示數據間隔幾秒刷新，同時還可通過按鍵實現參數設置并根據現場實際進行手動校準。顯示程序流程如圖2所示。

圖3 獨立試驗顯示效果

圖4 整機試驗顯示效果

圖5 安裝在井口的含水率測試儀

3.試驗測試

對含水率測試儀顯示系統試驗進行了獨立顯示測試、整機聯合測試以及現場試驗測試。獨立顯示測試檢驗顯示系統能否實現顯示功能并正常顯示數據，整機聯合調試就是將顯示系統與含水率測試儀的測試部分封裝在一起，在試驗平臺上進行測試，經過試驗測試，顯示功能實現，獨立測試效果聯合調試效果如圖3和圖4所示。油田現場試驗主要檢驗顯示系統的可靠性和適應性，安裝在油井井口的含水率測試儀如圖5所示，經過一段時間的測試，測試儀的顯示系統工作正常，達到設計要求。

4.結論

本文設計了一種適合現場環境的含水率測試儀顯示系統，成本低，安裝方便。經現場試驗，可實時顯示含水率值，工作穩定，滿足現場要求，達到設計目的。該系統結構簡單，適應范圍廣，為OLED技術在現場儀器顯示方面的應用奠定了基礎。

＊ [1]張乃祿，薛朝妹，徐竟天，等.原油含水率測量技術及其進展.石油工業技術監督，2005

＊ [2]王莉田，王玉田，史錦珊，等.原油含水測量儀的研究.傳感技術學.2000

＊ [3]朱立新，崔國立，馬曉明．便攜式原油含水率快速測量儀表的設計．儀技術與傳感器.2003

＊ [4]陳志明，朱文清，張志林，蔣雪茵.256級灰度OLED驅動電路[J].半導體光電.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，李來運.柔性OLED封裝方法的研究[J].半導體技術.2007年04期