朱　波

[摘要]總體設(shè)計(jì)階段是較為重要的階段,設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響到系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的好壞。此階段的主要工作包括硬件體系結(jié)構(gòu)的選擇和上下位機(jī)軟件各模塊的規(guī)劃及開發(fā)工具的選擇。

[關(guān)鍵詞]測(cè)井儀 硬件 軟件

中圖分類號(hào):TE4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0920012-01

一、測(cè)井儀的硬件總體設(shè)計(jì)

本試井系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)多片系統(tǒng)及其外圍接口電路、傳感器信號(hào)調(diào)理電路兩大部分組成。單片機(jī)多片系統(tǒng)及其外圍接口電路是根據(jù)試井系統(tǒng)測(cè)量?jī)?nèi)容、存儲(chǔ)容量、波形顯示方式等要求設(shè)計(jì)的,是硬件系統(tǒng)的核心部分;傳感器信號(hào)調(diào)理電路是根據(jù)傳感器信號(hào)特征和試井要求所設(shè)計(jì),主要完成傳感器信號(hào)的極性轉(zhuǎn)換、放大濾波等任務(wù)。

測(cè)試系統(tǒng)主要由五個(gè)模塊組成:傳感器、傳感器信號(hào)調(diào)理電路、CPU最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊和單片機(jī)-PC機(jī)通訊系統(tǒng)。

傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路,由80C196單片機(jī)內(nèi)置的10位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部擴(kuò)展的128KB的RAM中。

測(cè)試儀帶有LCD圖文顯示界面和鍵盤控制微型系統(tǒng),控制試井系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、濾波處理和圖形顯示和打印。測(cè)試儀通過MAX202電平轉(zhuǎn)換芯片與上位機(jī)連接,采用RS-232協(xié)議將測(cè)試儀數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)。上位機(jī)軟件對(duì)大量測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分類存檔、顯示打印。

二、測(cè)井儀軟件總體設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)是解決軟件系統(tǒng)“做什么”的問題,即將用戶要求轉(zhuǎn)化為能編程的施工藍(lán)圖。在總體設(shè)計(jì)階段要達(dá)到如下的目標(biāo):

首先,提高可維護(hù)性。軟件工程按階段進(jìn)行,但各階段相互影響,由于軟件維護(hù)費(fèi)用極高,因此在設(shè)計(jì)階段需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可維護(hù)的軟件,它體現(xiàn)在可讀性、可擴(kuò)充性和可修改性。

其次,提高可理解性?？衫斫庑灾附Y(jié)構(gòu)清晰,層次分明,結(jié)構(gòu)化程度高,文檔規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)軟件人員來說,要易讀易理解,對(duì)用戶來說要易使用。

再次,提高可靠性?？煽啃园_性和健壯性兩個(gè)方面,正確性指軟件系統(tǒng)本身沒有錯(cuò)誤,健壯性指在輸入數(shù)據(jù)不合理或異常時(shí),軟件系統(tǒng)還能適當(dāng)工作,不造成嚴(yán)重的損害,這必須在設(shè)計(jì)階段來考慮。軟件可靠性是一個(gè)重要的目標(biāo),它涉及到軟件系統(tǒng)能否投入使用,使用后效率是否好的問題。

總體設(shè)計(jì)要做的工作主要包括:進(jìn)行模塊劃分,建立模塊層次結(jié)構(gòu)、調(diào)用關(guān)系,設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口及人機(jī)界面等。

(一)下位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)。本試井軟件系統(tǒng)包含鍵盤操作、液晶屏幕顯示和主板控制的小型系統(tǒng),下面就本系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)、液晶顯示界面設(shè)計(jì)、主程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鍵盤接口程序設(shè)計(jì)分別加以介紹。

1.下位機(jī)軟件的模塊設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要由六大模塊組成:測(cè)量、查詢、回放(上傳到PC機(jī))、計(jì)算、標(biāo)定和驅(qū)動(dòng)大型打印機(jī)打印波形。

(1)測(cè)量模塊。測(cè)量部分主要完成對(duì)反射波和功圖信號(hào)(位移信號(hào)和載荷信號(hào))的采集處理、顯示和存儲(chǔ)。為了測(cè)出正確的波形,應(yīng)當(dāng)有一個(gè)合理的數(shù)據(jù)采集方法。數(shù)據(jù)處理部分也是本模塊的重要組成部分。測(cè)井深的反射波信號(hào)時(shí)外界干擾比較大,應(yīng)添加硬件模擬濾波器,同時(shí)軟件設(shè)計(jì)中也需進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)處理:而對(duì)于載荷和位移信號(hào)由于外界干擾小,為了輸出準(zhǔn)確平滑的功圖曲線,在軟件設(shè)計(jì)中考慮了功圖數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波算法。

(2)查詢模塊。通過查詢功能可以查詢最近所測(cè)的若干口井的反射波波形和功圖資料(根據(jù)井號(hào)調(diào)出顯示),并可查詢最近所計(jì)算過的液深數(shù)據(jù)(通過查詢液深列表)。

(3)回放模塊。將所存儲(chǔ)的反射波波形或功圖資料上傳到PC機(jī),PC機(jī)的接收程序由高級(jí)語言VC編寫,可實(shí)現(xiàn)液面和功圖波形顯示、液深計(jì)算、打印輸出等功能。

(4)計(jì)算模塊。將測(cè)得的反射波波形通過接箍波法或音標(biāo)法計(jì)算出油井的液面深度。接箍波法是通過在反射波上確定三條直線,其中前兩條直線用來確定兩個(gè)采樣點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離,另外一條直線確定液面波的位置;音標(biāo)法是通過在反射波上確定兩條直線,一條用來確定音標(biāo)的位置(兩個(gè)采樣點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離也就確定了),另一條確定液面的位置。

(5)標(biāo)定模塊。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,減小由于零漂等原因造成的誤差,應(yīng)該定期對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。以標(biāo)定載荷為例說明標(biāo)定的方法,輸入兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的載荷,測(cè)得它們對(duì)應(yīng)的采樣值,由于所用器件均為線性器件,兩點(diǎn)確定一條直線,以后測(cè)得采樣值可直接代入直線求其對(duì)應(yīng)的實(shí)際載荷值。

(6)驅(qū)動(dòng)大型打印機(jī)打印波形模塊。為了便于存檔,需要將波形打印出來。大型打印機(jī)總共有24針,這24針總共分成三部分,每一部分對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié),每打印一次需向打印機(jī)輸入一次數(shù)(3字節(jié))指示打印機(jī)各打印針應(yīng)如何運(yùn)作。因此,應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)合理的算法驅(qū)動(dòng)打印機(jī)。要設(shè)計(jì)的各模塊確定了,要顯示的頁(yè)面也就確定了。

2.液晶顯示界面的總體設(shè)計(jì)。需要設(shè)計(jì)的界面眾多,既有文本顯示方式又有圖形顯示方式,工作量相當(dāng)大?？梢詫⒁恍╋@示相似的界面設(shè)計(jì)成通用的,例如可以將測(cè)量中的波形顯示界面與查詢、計(jì)算功能中的波形顯示界面共用。液晶界面顯示程序是根據(jù)界面設(shè)計(jì)要求,在液晶屏幕的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置上寫入字符(文本方式)或點(diǎn)(圖形方式)。液晶屏幕上寫字符的方法是:首先在液晶模塊內(nèi)部的RAM中建立所需字符的字模庫(kù)CGRAM,并分配一個(gè)代碼。計(jì)算字符在液晶屏幕上的具體地址,具體地址=首地址+縱坐標(biāo)×屏幕寬度(字節(jié)寬度)+橫坐標(biāo),液晶首址在64K空間內(nèi)根據(jù)字模的大小可任意選取。將字符代碼寫入字符液晶屏幕地址,即可顯示。

3.主程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)上電后,首先初始化一些寄存器變量,然后進(jìn)入主循環(huán)程序。主循環(huán)部分采用Windows消息循環(huán)原理,即有事件觸發(fā)才進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。主循環(huán)部分首先判斷上位機(jī)有無通訊測(cè)試請(qǐng)求,若有請(qǐng)求則發(fā)送應(yīng)答信號(hào);否則進(jìn)入下一部分。接下來需要判斷有無鍵按下,若有鍵按下則進(jìn)入相應(yīng)的鍵盤處理程序;否則繼續(xù)循環(huán)。

4.鍵盤接口程序設(shè)計(jì)。界面及界面處理程序是程序的重要組成部分,而程序從一個(gè)界面進(jìn)入另外一個(gè)界面以及對(duì)該界面進(jìn)行相應(yīng)的處理,都需要用到鍵盤掃描程序。鍵盤掃描程序提供一個(gè)接口,即當(dāng)某一個(gè)鍵按下時(shí),都有一個(gè)相應(yīng)的值與之對(duì)應(yīng)。鍵盤掃描程序是主循環(huán)的一部分,也是整個(gè)程序的基礎(chǔ),因此,設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確可靠的鍵盤掃描程序是必要的。

(二)上位機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)。上位機(jī)程序采用VC編寫,接收下位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)并保存,具有液面和功圖顯示、液深計(jì)算、打印輸出等功能。

1. 數(shù)據(jù)接收部分。采用VC提供的MSCOMM控件,首先進(jìn)行通訊測(cè)試(以檢查線路連接是否完好),若通訊測(cè)試成功,則按照下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的格式接收液面或功圖數(shù)據(jù),并將之存入文件。

2. 查詢部分。查詢接收到的功圖或液面數(shù)據(jù),可按井號(hào)或測(cè)量日期進(jìn)行查詢,并將其波形顯示。

3. 顯示和打印波形部分。在顯示器或打印紙(不同的DC)上顯示或打印某口井的液面或功圖波形。

參考文獻(xiàn):

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