基于嵌入式系统的抽油井测量仪的研究与设计

论文摘要

随着石油工业的发展,使用先进的智能仪器来对抽油井生产进行监测成为必然趋势,嵌入式系统因其低功耗、高性能、低成本,在智能仪器仪表领域得到广泛的应用。本文在对ARM嵌入式微处理器的体系结构和μC/OS-Ⅱ操作系统进行分析的基础上,结合抽油井检测的实际情况,从系统软硬件设计、操作系统移植、图形界面设计、示功图数据压缩处理等方面对基于嵌入式系统的抽油井测量仪进行了重点研究。构建了以S3C44B0X为核心适合本研究课题的嵌入式软硬件平台,实现了操作系统的移植和基于μC/OS-Ⅱ的驱动程序及应用程序的开发。根据系统的实际需求对μC/OS-Ⅱ进行裁剪,通过任务调度完成测量与显示等操作的协调,使用图形用户界面μC/GUI来构建友好的人机交互平台,通过前台操作完成测量与管理。并通过研究NAND Flash的结构建立FAT16文件系统,实现测量数据文件管理,也为其通讯扩展作了基础。示功图作为抽油井测量的重要参数,针对其数据所占存储空间大、不利于管理和传输的缺点,用小波神经网络算法对其进行压缩,并针对算法的不足做了改进,压缩和重现后均达到良好效果。通过联机模拟测试表明,本系统运转效果良好、性能稳定。使用了友好的人机交互界面来对抽油井参数进行测量,操作简便,具有一定的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源和意义
• 1.2 相关技术的研究现状
• 1.2.1 智能仪器仪表的发展
• 1.2.2 嵌入式技术的发展
• 1.2.3 抽油井测量仪的发展
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 抽油井测量仪的总体方案设计及硬件实现
• 2.1 游梁式抽油机简介及测量仪系统组成
• 2.2 抽油机井参数测量方法及信号调理电路设计
• 2.2.1 示功图
• 2.2.2 动液面
• 2.2.3 功率
• 2.2.4 流量
• 2.3 抽油井测量仪数字模块硬件设计
• 2.3.1 测量仪核心部分设计
• 2.3.2 外围接口模块设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 抽油井测量仪的软件设计
• 3.1 BootLoader引导程序
• 3.2 μC/OS-II操作系统的移植
• 3.3 驱动程序
• 3.4 文件系统的移植
• 3.5 μC/GUI的移植
• 3.6 应用程序
• 3.6.1 图形用户界面设计
• 3.6.2 数据测量及显示
• 3.6.3 数据查询、存储及删除
• 3.7 本章小结
• 第四章 示功图数据压缩算法研究
• 4.1 小波神经网络发展概况
• 4.2 基于小波神经网络的示功图数据压缩算法
• 4.2.1 小波神经网络模型
• 4.2.2 小波神经网络压缩载荷数据算法
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附录一 硬件电路图
• 附录二 部分程序源代码
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果