基于單片機(jī)的原油含水率測(cè)定儀的設(shè)計(jì)

原油含水率測(cè)定儀出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代末，它是有溫控儀、定時(shí)器等開(kāi)關(guān)儀表組成的一種集測(cè)量與控制于一體的蒸餾法測(cè)定原油含水率的產(chǎn)品，適用于石油、石化等行業(yè)中原油含水率的測(cè)量。本儀器采用MSP430單片機(jī)，是集溫度控制、時(shí)間控制、蒸餾功率控制和制冷循環(huán)水控制等功能為一體的自動(dòng)化、智能化儀器。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1溫度傳感器的選擇
一般情況下，在溫度測(cè)量中所采用的傳感器有：熱電偶和熱電阻兩大類(lèi)。本系統(tǒng)需測(cè)控3處的溫度，由于熱電偶需溫度補(bǔ)償，而熱電阻不需要，從硬件成本和軟件復(fù)雜程度考慮確定采用熱電阻PT100。

2 MSP430單片機(jī)
MSP430系列單片機(jī)為低功耗16位的精簡(jiǎn)指令構(gòu)架，在線(xiàn)可編程，將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)：片內(nèi)DCO振蕩器，看門(mén)狗定時(shí)器/通用目的定時(shí)器，Timer_A3（帶3個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器），Timer_B7（帶7個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器），I/O端口1、2（每一個(gè)有8個(gè)I/O端口，均具有中斷功能）、I/O端口3、4、5、6（每一個(gè)有8個(gè)I/O端口，可以位操作），ADC12（8路12位A/D）,USART0和USART1,16位硬件乘法器等。

3 ICM7218A顯示驅(qū)動(dòng)芯片
本系統(tǒng)需26位數(shù)碼管顯示。為減少空間，少用器件，選用4片ICM7218A顯示驅(qū)動(dòng)器。

ICM7218A譯碼驅(qū)動(dòng)芯片是8位靜態(tài)LED驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)含8×8位靜態(tài)RAM，用于存放顯示數(shù)據(jù)；有較強(qiáng)的位段驅(qū)動(dòng)能力，能直接連接8只0.5英寸數(shù)碼管。

系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)及工作原理
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、傳感器信號(hào)處理電路、加熱控制電路、冷卻水控制電路、鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示和電源模塊等組成。P1和P2.0、P2.1口作為系統(tǒng)的鍵盤(pán)線(xiàn)；P3、P4和P2.3～P2.7口作為系統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)線(xiàn)；P5和P2.2、P6.0～P6.3口作為系統(tǒng)的顯示驅(qū)動(dòng)線(xiàn)；測(cè)量信號(hào)通過(guò)P6.0～P6.3接至MCU。系統(tǒng)的電源模塊產(chǎn)生+2.5V、+3.6V、＋5V和+12V電壓，分別為主機(jī)系統(tǒng)和傳感器接口電路提供穩(wěn)定的工作電壓。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)成圖

本系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器PT100進(jìn)行冷凝水、蒸餾冷凝器、恒溫稀釋箱內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)放大處理模塊進(jìn)行高精度的測(cè)量。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)選擇加熱工位和設(shè)定冷凝器內(nèi)汽溫的上限值；設(shè)定冷凝水和加熱稀釋箱的溫度值；設(shè)定蒸餾時(shí)間；設(shè)定輸入溫度和電壓的標(biāo)定值等參數(shù)。儀器采用冷凝循環(huán)水系統(tǒng)，MPS430單片機(jī)通過(guò)控制制冷機(jī)組來(lái)控制循環(huán)水的溫度在室溫左右（約25℃）；原油一般在60℃時(shí)取樣，MCU通過(guò)控制加熱管使加熱稀釋箱的溫度在60℃左右。油樣在加熱蒸餾前溫度不高，為提高化驗(yàn)效率，蒸餾時(shí)先采用大功率加熱，油樣近100℃時(shí)切換小功率加熱。加熱蒸餾功率的調(diào)整通過(guò)控制加熱管供電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)能顯示加熱管供電電壓；顯示定時(shí)時(shí)間；顯示循環(huán)水溫度的設(shè)定值和實(shí)際值；顯示蒸餾冷凝器內(nèi)溫度；顯示加熱稀釋箱內(nèi)溫度的設(shè)定值和實(shí)際值。

系統(tǒng)的主要硬件電路設(shè)計(jì)
1 溫度測(cè)量放大電路
如圖2所示，電路由TL431精密穩(wěn)壓器、電阻橋、放大電路組成。精密電阻R3、R4、R5和PT100組成了一個(gè)電阻橋，電阻R2用于電橋補(bǔ)償；TL431和電阻R1組成2.5V的精密穩(wěn)壓電路，給電阻橋供電；熱電阻PT100采用3線(xiàn)連接，可以抵消連線(xiàn)長(zhǎng)度誤差；測(cè)量溫度范圍在0～100℃，采用單電源儀表放大器AD623 對(duì)電橋信號(hào)進(jìn)行放大處理。