專利名稱：嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種計量原油的測量裝置，尤其是能計量原油中的含水率和純油量的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)。
二背景技術(shù)：
目前，油田生產(chǎn)過程中對含水原油中純油量的計量，通常是每兩小時手工取樣化驗含水率的方式進(jìn)行查表計算，不能進(jìn)行連續(xù)實時計量；一般的含水分析儀通常只能提供含水率，不能直接提供原油生產(chǎn)所需的全部數(shù)據(jù)，同時由于采用射線進(jìn)行含水率測量，具有一定程序的放射性污染；并且油田生產(chǎn)中的自動化計量設(shè)備通常采用英文進(jìn)行顯示，不利于一線工人的使用操作；此外油田原油計量自動生產(chǎn)中所用的測量裝置，不能直接接入企業(yè)局域網(wǎng)，而必須通過PLC或DCS等系統(tǒng)進(jìn)行集成，由現(xiàn)場的工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，這種自動化方式增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和生產(chǎn)運(yùn)行成本。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種提高原油計量的自動化程度、實現(xiàn)純油的連續(xù)實時在線計量、簡化系統(tǒng)集成的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)。
其技術(shù)方案是主要包括用戶接口模塊(GUI)和核心處理器模塊(LTD)，其中用戶接口模塊(GUI)，主要用于負(fù)責(zé)用戶組態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場輸入；核心處理器模塊(LTD)，是嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)的核心模塊，主要用于進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交換，響應(yīng)GUI模塊的各種請求，兩大組成部分進(jìn)行分模塊設(shè)計。
最佳方案是LTD擴(kuò)展了一片DS1302，所述的DS1302Z是涓流充電時鐘芯片，提供秒、分、時、日、月和年的信息實時時鐘，具有能計算2100年之前的秒分時日日期星期月年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。另外，LTD模塊擴(kuò)展了一片DS1245W，能夠?qū)Ω咚俸蛯崟r采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，使系統(tǒng)在掉電的情況下，不至于丟失采集數(shù)據(jù)和計算總量等有價值數(shù)據(jù)。還有LTD在CPU總線上擴(kuò)展了一片以太網(wǎng)接口，用于與上位機(jī)進(jìn)行高速大量的數(shù)據(jù)和命令交換。
本實用新型的效果是可以直接提供原油計量中包括純油量在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，提高原油計量的自動化程度、實現(xiàn)純油的連續(xù)實時在線計量、簡化系統(tǒng)集成，有效的降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，并且更加方便的和本公司的上層軟件和數(shù)據(jù)庫的無縫連接和配套使用。
四

附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本實用新型的系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)框圖；附圖3是GUI擴(kuò)展LCD控制器SED1335的電路連接圖；附圖4是CPU通過并行I/O口與DS1302相連的電路連接圖；附圖5是LTD CPU與數(shù)據(jù)保存電路DS1245W NVRAM連接電路連接圖；附圖6是LTD CPU與以太網(wǎng)接口RTL8019電路連接圖；附圖7是LTD CPU與擴(kuò)展總線電路圖；五具體實施方式
結(jié)合附圖1、2、3、4、5、6和7，對本實用新型作進(jìn)一步的描述嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)是與羅斯蒙特新型質(zhì)量流量計配套的一款變送器，它以RS485形式，采用Modbus協(xié)議與流量計的核心處理器進(jìn)行通訊。主要采集質(zhì)量流速、混合密度、溫度、體積流速、質(zhì)量合計、體積合計、質(zhì)量總量、體積總量等參數(shù)，然后根據(jù)組態(tài)錄入的20℃下的純油標(biāo)準(zhǔn)密度及污水密度，計算出當(dāng)前溫度下的純油密度，及在線含水率。根據(jù)在線含水率計算出純油體積、純油質(zhì)量、污水體積、污水質(zhì)量。方便和本公司的上層軟件和數(shù)據(jù)庫的無縫連接和配套使用。
參照附圖1本實用新型主要用戶接口模塊2(GUI)、核心處理器1(LTD)兩大部分組成；兩大模塊通過特定設(shè)計的通訊端口互連，分別裝配在特定設(shè)計的防爆外殼內(nèi)部。確切的說是核心處理器1(LTD)模塊和用戶接口模塊2(GUI)模塊單獨構(gòu)成子系統(tǒng)，有自己的CPU(中央控制器)，運(yùn)行獨立的軟件。兩個模塊通過特定的通訊協(xié)議和特定的通訊端口進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)交換。模塊化的單獨設(shè)計，便于系統(tǒng)設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性，便于系統(tǒng)維護(hù)和升級，并且安裝在防爆外殼內(nèi)部，滿足了防爆要求。
本實用新型的工作原理是本實用新型是通過系統(tǒng)的RS232或RS485接口采集傳感器信號，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)純油密度、標(biāo)準(zhǔn)污水密度，計算出在線質(zhì)量含水率、在線體積含水率。計算出純油質(zhì)量、純油體積、污水質(zhì)量、污水體積等數(shù)據(jù)。采集計算數(shù)據(jù)和組態(tài)數(shù)據(jù)通過GUI模塊顯示出來。系統(tǒng)還可以通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)經(jīng)過集線器/交換機(jī)或直接發(fā)送給上位PC機(jī)。上位機(jī)也可以對整個流量計系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。
系統(tǒng)在采集過程中，可以對用戶組態(tài)數(shù)據(jù)如采集端口、采集數(shù)據(jù)格式、采集通訊協(xié)議，通訊速度等一系列參數(shù)進(jìn)行長時間存儲。對于采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)算后動態(tài)顯示在系統(tǒng)的GUI用戶接口LCD上。
以下對分別各模塊作進(jìn)一步的描述參照附圖2，根據(jù)功能和要求，對用戶接口模塊(GUI)、核心處理器(LTD)兩大組成部分進(jìn)行分模塊設(shè)計，系統(tǒng)各模塊詳細(xì)設(shè)計參照附圖2本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解。
其中，GUI模塊設(shè)計如下參照附圖3，GUI模塊主要負(fù)責(zé)用戶組態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場輸入和采集計算數(shù)據(jù)的實時顯示。GUI模塊提供了160×160圖形點陣LCD和8個薄膜鍵盤作為GUI接口。并通過專用通訊端口與LTD核心處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令交換。為了保證GUI模塊能夠快速完成數(shù)據(jù)運(yùn)算和與LTD高速通訊。GUI模塊CPU選用ATMEL公司的32位ARM7TDMI內(nèi)核的芯片AT91M40800，并擴(kuò)展了軟件所需的數(shù)據(jù)和程序空間。
AT91M40800沒有LCD控制器，要完成GUI模塊160X160單色圖形點陣LCD的控制，GUI擴(kuò)展一片了LCD控制器SED1335。SED1335是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶顯示控制器，具有較強(qiáng)功能的I/O緩沖器，指令功能豐富，四位數(shù)據(jù)并行發(fā)送，最大驅(qū)動能力為640×256點陣。SED1335硬件結(jié)構(gòu)可分為MPU接口、控制部分和驅(qū)動LCM部分；單色圖形點陣LCD，采用的是SAMSUNG160×160LCD，具有顯示信息量大，方便與SED1335結(jié)合等優(yōu)點。LCD與SED1335電路如附圖3所示。
另外，核心處理器(LTD)模塊設(shè)計如下LTD模塊是嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)的核心模塊，主要進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交換，響應(yīng)GUI模塊的各種請求。為保證系統(tǒng)的實時性，LTD模塊CPU必須有較強(qiáng)的運(yùn)算能力。考慮到系統(tǒng)的特殊性，以及所選用的操作系統(tǒng)的支持，LTD選用了Motorola Coldfire系列高性能32位芯片MCF5307，主頻90MHz、處理能力75MIPS。MCF5307是延續(xù)M68K體系的新一代微處理器，具有很好的架構(gòu)，非常適用于低價位、高可靠性的工業(yè)控制領(lǐng)域。
MCF5307 CPU具有8-Kbyte unified cache，片上4-Kbyte高速靜態(tài)SRAM，SDRAM控制器，整數(shù)/小數(shù)乘--加(MAC)運(yùn)算單元，除法運(yùn)算單元，4通道DMA控制器，兩個16位通用16位定時器，兩個通用異步串行口(UART)，I2C總線接口，并行I/O接口。為保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、快速高效運(yùn)行計算、采集和監(jiān)控軟件，LTD在地址和數(shù)據(jù)總線上擴(kuò)展了16MB高速SDRAM，2MB程序FLASH，2MB用戶數(shù)據(jù)FLASH。程序FLASH用于固化系統(tǒng)程序，用戶FLASH用于存儲組態(tài)數(shù)據(jù)。
參照附圖4，實時時鐘電路設(shè)計如下MCF5307不具有實時時鐘RTC，為保證嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)能夠具有實時時鐘功能，LTD擴(kuò)展了一片DS1302。DS1302Z是涓流充電時鐘芯片，提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息實時時鐘。具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。
CPU通過并行I/O口與DS1302相連。用底層驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)DS1302的讀寫和設(shè)置時序，使上層應(yīng)用程序方便的進(jìn)行實時時鐘的相關(guān)操作。
參照附圖5，采集數(shù)據(jù)保存電路設(shè)計如下嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)能夠?qū)Ω咚俸蛯崟r采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，使系統(tǒng)在掉電的情況下，不至于丟失采集數(shù)據(jù)和計算總量等有價值數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)量大，而且更新快。FLASH有寫入慢、擦寫次數(shù)有限等缺點，不適合用于高速數(shù)據(jù)。LTD模塊擴(kuò)展了一片DS1245W，3.3V 1024k非易失SRAM用于解決采集數(shù)據(jù)動態(tài)保存。
參照附圖6，以太網(wǎng)模塊電路設(shè)計如下MCF5307不具有以太網(wǎng)接口，為方便與上位機(jī)進(jìn)行高速大量的數(shù)據(jù)和命令交換，LTD在CPU總線上擴(kuò)展了一片10M以太網(wǎng)控制器RTL8019。RTL8019是REALTEK公司的網(wǎng)卡控制芯片，為ISA接口，兼容NE2000類型。高集成MAC和物理層性能，100腳的TQFP封裝，最大速率10Mbps，自帶16KB的SRAM，工作在Ethernet II和IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BasetT下，全雙工，支持8位與16位數(shù)據(jù)總線，具有性能好，價格低廉應(yīng)用普遍等優(yōu)點。
參照附圖7，擴(kuò)展總線電路如圖，LTD采用開放部分總線的設(shè)計方法，使的LTD具有方便升級和根據(jù)不同的現(xiàn)場要求擴(kuò)展不同的功能卡的特點。我公司根據(jù)LTD的用戶要求制作的擴(kuò)展板卡可以方便的接插到擴(kuò)展板卡插座。如我公司開發(fā)的FB-RS485板卡和DAS板卡。FB-RS485板卡可以使嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)增加3個3線串口和一個RS485口。
DAS板卡的插入，可以使嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)采集多大8路4-20MA工業(yè)電流環(huán)信號，同時輸出兩路4-20MA電流環(huán)信號。
總之，本實用新型公開的技術(shù)方案可以應(yīng)用在計量原油的測量裝置，也可經(jīng)過改進(jìn)應(yīng)用在其它領(lǐng)域的計量測量裝置。
權(quán)利要求1.一種嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)，其特征是包括用戶接口模塊GUI(2)和核心處理器模塊LTD(1)，其中用戶接口模塊GUI(2)，主要用于負(fù)責(zé)用戶組態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場輸入，包括模塊GUI的獨立CPU，以及提供了與圖形點陣LCD和薄膜鍵盤接口，并通過通訊端口與LTD核心處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令交換；核心處理器模塊LTD(1)，主要用于進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交換，響應(yīng)GUI模塊的各種請求，它包括核心處理器CPU，電源板，以及實時時鐘芯片、數(shù)據(jù)采集保存電路、復(fù)位電路、接口RS232、擴(kuò)展板卡、以太網(wǎng)控制器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)，其特征在于在用戶接口模塊GUI(2)中的CPU選用32位ARM7TDMI內(nèi)核的芯片，并擴(kuò)展了軟件所需的數(shù)據(jù)和程序空間，圖形點陣LCD采用160×160單色圖形點陣LCD，并由GUI擴(kuò)展一片了LCD控制器DS1302所控制；核心處理器模塊LTD(1)的核心處理器CPU采用高性能32位芯片MCF5307，實時時鐘芯片采用DS1302Z涓流充電時鐘芯片，能提供秒、分、時、日、月和年的信息實時時鐘，數(shù)據(jù)采集保存電路采用非易失SRAM來解決采集數(shù)據(jù)動態(tài)保存，以太網(wǎng)控制器采用RTL8019，復(fù)位電路采用看門狗報警器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)，其特征在于MCF5307具有8-Kbyte unified cache，片上4-Kbyte高速靜態(tài)SRAM，SDRAM控制器，整數(shù)/小數(shù)乘--加運(yùn)算單元，除法運(yùn)算單元，4通道DMA控制器，兩個16位通用16位定時器，兩個通用異步串行口，4I2C總線接口，并行I/O接口，LTD在地址和數(shù)據(jù)總線上擴(kuò)展了16MB高速SDRAM，2MB程序FLASH，2MB用戶數(shù)據(jù)FLASH。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)，其特征在于GUI模塊CPU采用AT91M40800，并擴(kuò)展了軟件所需的數(shù)據(jù)和程序空間。
專利摘要本實用新型涉及一種計量原油的測量裝置，尤其是能計量原油中的含水率和純油量的嵌入式中文網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)。其技術(shù)方案是主要包括用戶接口模塊(GUI)和核心處理器模塊(LTD)，其中用戶接口模塊(GUI)，主要用于負(fù)責(zé)用戶組態(tài)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場輸入；核心處理器模塊(LTD)，是嵌入式網(wǎng)絡(luò)純油計算機(jī)的核心模塊，主要用于進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的交換，響應(yīng)GUI模塊的各種請求，兩大組成部分進(jìn)行分模塊設(shè)計。本實用新型的效果是可以直接提供原油計量中包括純油量在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，提高原油計量的自動化程度、實現(xiàn)純油的連續(xù)實時在線計量、簡化系統(tǒng)集成，有效的降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，并且更加方便的和本公司的上層軟件和數(shù)據(jù)庫的無縫連接和配套使用。
文檔編號G06F17/00GK2821698SQ20042009951
公開日2006年9月27日 申請日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者陸忠利, 郭召明, 羅潔東 申請人:東營市陸地科學(xué)技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司