基于單片機的原油含水率測定儀的設(shè)計

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

系統(tǒng)設(shè)計方案
1溫度傳感器的選擇
一般情況下，在溫度測量中所采用的傳感器有：熱電偶和熱電阻兩大類。本系統(tǒng)需測控3處的溫度，由于熱電偶需溫度補償，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
MSP430系列單片機為低功耗16位的精簡指令構(gòu)架，在線可編程，將大量的外圍模塊整合到片內(nèi)：片內(nèi)DCO振蕩器，看門狗定時器/通用目的定時器，Timer_A3（帶3個捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時器），Timer_B7（帶7個捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時器），I/O端口1、2（每一個有8個I/O端口，均具有中斷功能）、I/O端口3、4、5、6（每一個有8個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)動器。

ICM7218A譯碼驅(qū)動芯片是8位靜態(tài)LED驅(qū)動器，內(nèi)含8×8位靜態(tài)RAM，用于存放顯示數(shù)據(jù)；有較強的位段驅(qū)動能力，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，整個系統(tǒng)由單片機主機系統(tǒng)、傳感器信號處理電路、加熱控制電路、冷卻水控制電路、鍵盤、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)的鍵盤線；P3、P4和P2.3～P2.7口作為系統(tǒng)的控制驅(qū)動線；P5和P2.2、P6.0～P6.3口作為系統(tǒng)的顯示驅(qū)動線；測量信號通過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)過放大處理模塊進(jìn)行高精度的測量。用戶可以通過鍵盤選擇加熱工位和設(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單片機通過控制制冷機組來控制循環(huán)水的溫度在室溫左右（約25℃）；原油一般在60℃時取樣，MCU通過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，為提高化驗效率，蒸餾時先采用大功率加熱，油樣近100℃時切換小功率加熱。加熱蒸餾功率的調(diào)整通過控制加熱管供電電壓來實現(xiàn)，系統(tǒng)能顯示加熱管供電電壓；顯示定時時間；顯示循環(huán)水溫度的設(shè)定值和實際值；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)定值和實際值。

系統(tǒng)的主要硬件電路設(shè)計
1 溫度測量放大電路
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組成了一個電阻橋，電阻R2用于電橋補償；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線連接，可以抵消連線長度誤差；測量溫度范圍在0～100℃，采用單電源儀表放大器AD623 對電橋信號進(jìn)行放大處理。