（控制科学与工程专业论文）井下工程参数随钻测量短接设计与实现.pdf

摘要 随着钻井技术的不断发展，传统的地面测量钻压、扭矩等工程参数的方法已经不能 真实反映井下实际情况。而随钻测量技术能够在井下靠近钻头处实时测量近钻头处钻 压、扭矩等参数，真实地反映井下实际情况。所以随钻测量技术被越来越广泛地应用到 钻井工程中。 本文首先介绍了课题前期所设计的井下随钻测量短接的总体结构。并介绍了应变片 测量应力的原理，从材料力学角度分析测量短接在钻压、扭矩作用下应变与应力的关系。 分析了应变电桥在钻压、扭矩共同作用下的理论输出结果，并对在钻压、扭矩共同作用 下单个应变片存在贴装误差的情况作了误差理论分析。 其次，本文对原有硬件电路进行改进，增加了信号采集通道自动调零功能和量程自 动转换功能。重新设计了应变电桥的正弦波发生电路和信号放大电路板的供电控制电 路。并绘制改进电路的p c b 电路板，同时对各个模块进行规范编程实现了数据存储功 能。 最后，对绘制的改进电路p c b 板进行调试。通过调试自动调零，低功耗分时供电 电路，文氏桥正弦波信号发生电路满足设计要求。信号采集通道a d 转换满足系统要求。 整个随钻测量短接能够实现数据采集、存储和串行通讯等功能。 井下工程参数随钻测量系统具有1 6 位a d 转换功能，分辨率能够达到0 0 4 m v ；采 用串行闪存芯片容量高达3 2 m b i t ，能够存储1 9 0 小时的工作数据；具有用低功耗供电方 式节约井下电量；采用通道调零和自动量程调整提高测量精度。 关键词：随钻测量；钻压、扭矩测量；文氏桥；自动调零；低功耗 t h ed e v e l o p m e n to fm w dm e a s u r e m e n ts u bf o rd o w n h o l e e n g i n e e r i n gp a r a m e t e r s l ix i a ob i n ( c o n t r o ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rg e n gy a n f e n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fd r i l l i n gt e c h n o l o g y ，t h et r a d i t i o n a lg r o u n d - b a s e dm e t h o do f m e a s u r i n gw o b ，t o r q u ea n do t h e re n g i n e e r i n gp a r a m e t e r sc a nn o tt r u l yr e f l e c tt h ea c t u a l s i t u a t i o nu n d e r g r o u n d t h em w ds y s t e mc a nr e a l - t i m em e a s u r ew o b ，t o r q u ea n do t h e r e n g i n e e r i n gp a r a m e t e r sn e a rt h ed r i l lb i tt ot r u l yr e f l e c tt h ea c t u a ls i t u a t i o nu n d e r g r o u n d s o m w d t e c h n o l o g yi si n c r e a s i n g l yb e i n ga p p l i e dt ot h ed r i l l i n gp r o j e c t t h i sa r t i c l ef r i s ti n t r o d u c e dt h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h ep r e d e s i g n e dd o w n h o l em w d j o i n t a n di n t r o d u c e d t h ep r i n c i p l eo fs t r a i ng a u g em e a s u r e m e mo fs t r e s s ，a n a l y s e dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t r a i na n dt h es t r e s so nt h ej o i n tf r o mt h ep o i n to f v i e wo fm e c h a n i c s o fm a t e r i a l s t h i sa r t i c l ea n a l y s e dt h et h e o r yo u t p u to ft h es t r a i nb r i d g ew h e nt h ew o ba n d t o r q u ec o e x i s t s t h e nm a d eat h e o r e t i c a la n a l y s i so fe r r o ro nas i n g l es t r a i ng a u g ew h i c h c a u s e db yp l a c e m e n te r r o r so ft h es t r a i ng a u g ew h e nt h ew o ba n dt o r q u ec o e x i s t s s e c o n d l y , t h i sa r t i c l ei m p r o v e dt h eo r i g i n a lh a r d w a r ec i r c u i t ，i n c r e a s e da u t o z e r of u n c t i o n t ot h es i g n a la c q u i s i t i o nc h a n n e la n df u n c t i o no fa u t o m a t i cc o n v e r s i o nt ot h es c a l e t h i sp a p e r r e - d e s i g n e db o t ht h eo c c u r r e n c ec i r c u i t r yo ft h es i n ew a v es i g n a lw h i c hp o w e r e dt h es t r a i n b r i d g ea n dt h ep o w e rc o n t r o lc i r c u i t r yo fa m p l i f i c a t i o nc i r c u i tb o a r d s t h i sp a p e rr e d r a wt h e p c bc i r c u i tb o a r dw h i l er e g u l a r l yp r o g r a m m i n ge a c hm o d u l ea n dr e a l i z e dt h ef u n c t i o no fd a t a s t o r a g e f i n a l l y , t h i sa r t i c l ed e b u g g e dt h ei m p r o v e dp c bb o a r d t h r o u g hd e b u g g i n gt h ea u t o z e r o c i r c u i t ，l o w - p o w e rt i m e s h a r i n gp o w e rs u p p l yc i r c u i t ，w i e n - b r i d g es i n e - w a v es i g n a lc i r c u i t m e e t e dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s t h es i g n a la c q u i s i t i o nc h a n n e la dc o n v e r t e rm e e t e ds y s t e m r e q u i r e m e n t s t h em w d j o i n tc a nr e a l i z e df u n c t i o n so fs i g n a la c q u i s i t i o n ，s t o r a g ea n ds e r i a l c o m m u n i c a t i o n t h ed o w n h o l ee n g i n e e r i n gp a r a m e t e rm e a s u r e m e n ts y s t e mw o r k s 谢t h16 一b i ta d c o n v e r s i o n ，t h er e s o l u t i o nc a na c h i e v eo 0 4 m v ；t h es e r i a lf l a s hm e m o r yo ft h es y s t e mu pt o i i 3 2 m b i t ，c a ns t o r ed a t at o19 0h o u r s ；t h es y s t e mh a v el o w - p o w e rp l a n st oe c o n o m i z et h e b a t t e r yc a p a c i t y ；t h es y s t e ma l s oh a v ea u t o - z e r oc h a n n e la n da u t o m a t i cr a n g ea d j u s t m e n tt o i n c r e a s et h em e a s u r e m e n ta c c u r a c y k e yw o r d s ：m w d ；w o b a n dt o r q u em e a s u r e m e n t ；w i e n - b r i d g e ；a u t o z e r o ；l o w - p o w e r 1 1 1 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：聋酶盈 日期：伽f o 年6 月f 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者 指导教师签名 日期：y o 年6 月1日 日期：w ，口年月1 日 中国石油犬学( 华东) 硕十学位论文 1 1 课题的背景及意义 第1 章绪论 石油作为工业建设的重要战略资源，与国家工业发展和人民生活息息相关，已经成 为制约国家综合国力和经济发展的重要因素。但是石油作为不可再生资源其储量是有限 的，因此原有的开采条件恶劣、地层条件复杂的作业区块逐渐得到了人们的重视，并推 动的石油勘探开发产业不断发展，技术不断更新。随着石油天然气工业的快速发展和石 油勘探开发深度的不断增加，井下地层结构越来越复杂、井下工作环境也更恶劣，因此 钻井过程中各种参数测量也变得更为复杂。并且随着高温高压井、深井、超深井以及斜 井水平井等复杂井越来越多，各种钻井事故发生率越来越高i l j 。因此钻井已经成为- 1 7 工艺复杂、涉及众多学科的系统工程。由于钻井作业区块的不断扩大，钻井中地层条件 差别较大，钻井工程师有时无法对不熟悉的区块的井下工况做出准确的判断【2 j 。目前大 多数情况是靠传统的设备采集地面数据对井下的状况进行判断。但是随着钻井深度的加 大，水平井斜井的不断出现，传统的地面测量与井下实际情况存在着一定的偏差。这就 给钻井工程师对井下工况的判断和预测带来的困难。随着电子信息产业的快速发展，越 来越多的数据采集技术应用到了钻井生产过程中，各种传感器体积大为减小，处理芯片 处理能力得到飞速发展，这使得随钻测量( m w d ) 技术应运而生。 石油工业随钻测量m w d ( m e a s u r e m e n tw h i l ed r i l l i n g ) 是指将电子机械装置置于钻 井底部钻具组合( b h a ) 处进行的井下测量。随钻测量系统能够在钻头钻进同时实时测 量井下如钻压、扭矩、环空压力、温度、振动等参数，并上传至地面来指导钻井过程。 随钻测量一般有两种工作模式：一种是在钻井过程中，靠井下的大容量存储芯片存储井 下参数然后起钻，将测量数据进行地面回放。一种是不间断钻井实时上传数据，常见的 数据传输方式有：泥浆脉冲、绝缘导线、电磁波和声波【4 】。后一种随钻测量能够及时准 确的反映近钻头处的信息，并且在不中断钻进的情况下将井下信息上传至地面。 钻井过程中，钻井工程参数( 包括环空压力、钻压、扭矩等) 的测量是极其重要的。 旋转导向钻井工具要j 下确引导钻头进行钻井工作，必须取得钻井工程参数【5 】。这些参数 对于监测钻井过程，预防钻井事故的发生具有十分重要的意义。本课题就是开发一种测 量井下工程参数包括：钻压、扭矩、温度等井下参数的测量短接。 第1 章绪论 1 2 井下参数随钻测量的国内外现状 人们对随钻测量技术的理论和试验研究早在上世纪3 0 年代就已经开始了。直到 1 9 6 3 年，j j a r p s 发明了泥浆脉冲的传输方法，才使随钻测量技术取得了突破性进展【6 l 。 近年来，随着大规模集成电路技术的不断进步，国内外的随钻测量研究都取得了很大的 进步。国外的石油钻井服务公司如：斯伦贝谢公司、贝克休斯公司、哈里伯顿公司、威 德福公司等公司的随钻测量产品早已经商业化应用并且不断更新换代，形成了具有各自 不同特点的产品体系【7 1 。国内公司如：上海神开、北京石油机械厂、胜利油田钻井工艺 研究院等也相继开发了自主知识产权的产品。但是总起来，国内产品技术较国外产品要 落后。 1 2 1 国外研究现状 国外的随钻测量技术已经相当的成熟，能够实时测量贴近钻头处的地质参数和工 程参数，当前国际上应用于钻井压力测量的先进技术为p w d 即随钻测量压力系统，并 且这种系统可以个更贴近钻头测得钻井压力数据【8 】。1 9 6 8 年，美国的e p r 公司设计出 一种测量井下钻铤受力运动的工具，经过多年的发展已经能够测量温度、钻压、扭矩、 环空压力、三向加速度等多个参数 9 1 。美国s p e r r y s u n 公司于1 9 9 4 年研制出一种d d s 钻井传感器接头来研究井下钻柱的运动，并可以测量井下三向加速度、钻压和扭矩。 s p e r r y s u n 公司的s o l a r l 7 5 高温测量系统能够在1 7 5 。c 的高温及1 5 0 m p a 的高压环境下 可靠的测量定向参数和伽马值1 0 1 。美国的h a l l i b u r t o n 公司研制出能够测量多种地质参 数的随钻测量系统，并在此基础上发展随钻测井l w d ，能够测量电阻率、自然伽马等 多种测量参数为地质导向井技术的发展奠定基数。2 0 0 2 年8 月，斯伦贝谢公司开发出 s l i m p u l s e 回收式m w d 系统，该系统成功解决了深水平井作业面临的高温、高压两大 难题【l l 】。2 0 0 4 年威德福公司研制的电磁随钻测量系统能够在恶劣环境下测量井下参数 并且具有更快的数据传输能力。美国钻井公司于2 0 0 5 年3 月开发的g m w d 系统摒弃了 传统的电缆设计，并在m w d 中集成了一种高精度的陀螺定向系统用于提高了安全性 能。该系统在美国德克萨斯州的一台钻机上使用创造了随钻陀螺测量记录【1 2 】。随着随钻 测量m w d 的日益成熟，国外公司在m w d 的基础上发展了随钻测井l w d ，现在井下 随钻测量系统不光能够测量钻压、扭矩、温度、加速度等工程参数，还能够测量斜度、 地层电阻率、自然伽马参数等测井参数，向着高集成度一体化发展。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 国内的随钻测量起步较晚，具有自主知识产权的产品较少，大多数产品还都处在 研制阶段未能在现场普及使用。并且产品也多为在井下存储测量数据然后起钻回放，不 能够实时上传数据达到钻井闭环控制。目前国内各大钻井公司所用的随钻测量系统大都 为购买或者租用国外各大公司的相关产品，国内随钻测量产品大都是随钻测斜以及测量 地层参数为主，对于井下工程参数测量鲜有报道。国内几所石油院校对随钻测量系统的 研制也都在各自展开，如西南石油学院的高蕴熙、卢仁义等人研究的井下扭矩、钻压的 随钻测量系纠1 3 】，是基于8 0 3 1 单片机，采用模数转换芯片a d c 0 8 0 9 研制的钻压、扭矩 采集系统。以及西南石油学院胡泽等研制的基于a d u c 8 3 1 单片机和t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 的 数字处理芯片d s p 的钻压、扭矩、温度测量系统【7 1 。中国石油大学( 华东) 王以法等研制 的基于p h i l i p s 公司的8 0 c 5 1 系列的8 7 c 5 5 2 单片机采集钻压、扭矩、温度和加速度等参 数的随钻测量系统【l4 1 。国内各院校的随钻测量系统大多处在研制摸索阶段还未见现场应 用。国内一些公司如上海神开等研制的随钻测量系统还未大量于现场。胜利油田钻井工 艺研究院近几年来在无线随钻测量上研制出能够测量地层参数的m w d 无线随钻测量 仪并进行了推广应用【1 5 1 ，在随钻测量m w d 的使用上取得了一定的成绩，积累了现场的 经验成功研制出随钻伽马、随钻方位电阻率测量仪【i6 1 。但是国内在井下工程参数测量方 面国内相比国外技术仍具有较大的差距。 1 3 井下随钻测量的主要内容 本课题研究的主要内容是：与胜利油田钻井工艺研究院合作研制采集井下工程参数 的测量短接，需要采集的参数为：温度、钻压、扭矩。 要准确测量钻压、扭矩等井下工程参数，首先对测量短接的受力进行分析确定测 量钻压、扭矩的方法，确定采用应变片全桥测量方法；然后设计信号采集放大和处理电 路，完成相关选型和电路板设计调试功能并在实验室钻铤模型上进行实验；其次要在地 面实际测量短接上模拟井下工作环境进行实验，对数据进行处理提高精度。最终进行井 下实验。本课题只研究采集井下工程参数的测量短接部分，不研究数据上传的方法。整 个测量电路和供电电池内嵌在钻铤中，主要的难点在于井下高温、高压、振动的恶劣环 境【1 7 1 下准确的测量钻压、扭矩的参数，井下空间狭小、环境恶劣【1 8 】对电路的抗干扰要求 较高，并且采用耐高温电池供电对整个采集系统的功耗有严格要求。 3 第1 章绪论 测量系统的技术指标如下【1 9 】： 量程范围与输出信号：与井下其他测量系统配套 环境温度：4 0 1 2 5 零点漂移：小于1 测量精度：1 5 e s 滞后与线性： 0 1 f s 重复性：郢1 f s 1 4 本文的研究工作 课题前期已经进行了测量短接的受力分析，确定了钻压、扭矩的测量方法，完成相 关的传感器芯片和处理芯片的选型和电路板制作，并在实验室钻铤模型上进行实验。 本文主要完成： 对已有硬件系统进行改进，提高测量系统的可靠性和准确度。 进一步调试各个模块，完成各个模块的模块化规范编程。 对整个采集系统的功耗进行分析，提出低功耗的解决方案。 采用自动调零、量程转化措施来提高测量系统的准确性。 进一步研究钻压、扭矩的耦合关系进行理论分析。 1 5 本章小结 本章首先介绍了本课题的研究背景和意义，介绍了随钻测量的国内外发展现状并简 要介绍了课题的研究内容、技术指标以及课题前期所取得的成果，最后介绍了本文所要 做的研究任务。 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第2 章随钻测量系统整体设计及测量方法 2 1 井下工程参数测量系统总体结构 井下工程参数随钻测量系统采集钻压、扭矩和温度三个参数，并留有扩展接口便于 将来进行扩展采集振动、环空压力等参数。整个测量系统分为两部分：一是钻压、扭矩 的测量放大电路，二是以a d u c 8 4 8 t 2 0 1 单片机为核心的采集信号处理电路。 整个系统的示意图如图2 1 所示： 图2 1 井下测量系统总体结构 f i g2 - 1 t h es t r u c t u r eo fd o w n h o l em e a s u r e m e n ts y s t e m 由于井下的高温环境，所有的芯片必须采用军品级别的集成芯片，其必须能够在 4 0 - - 1 2 5 的环境中正常工作【l 训。同时为了屏蔽电磁干扰，整个采集系统要内嵌在无磁 钻铤的开槽中。考虑到井下空间狭小，本课题对电路板的尺寸有严格的要求，并且在电 路设计上要采用抗干扰措施【l9 1 。为了提高系统的可靠性，在满足系统要求的前提下要采 用高集成度的芯片以减少所用芯片的个数，并在每个芯片旁加退耦电容。所选用的单片 机需具有较高的功能集成度。 整个系统由2 块电路板组成，主要采集温度、钻压和扭矩三个参数。电路板内嵌在 靠近钻头的无磁钻铤中，通过串口与随钻测量的其它部分如：地质参数测量系统、随钻 测井系统连接。工程参数随钻测量系统在整个随钻测量系统中作为多机通讯的一个下位 机【7 】。a d u c 8 4 8 单片机是整个系统的核心，它内部集成有多路a d 转换模块可以采集 各个传感器输出电压信号，并进行数据处理、存储和串行通信。传感器主要实现将各种 非电量信号转化为微弱电量信号【2 ，通过信号调理电路将微弱的电信号进行放大，滤除 5 第2 章随钻测量系统整体设计及测量方法 其中的高频干扰得到可供单片机采集的信号。工程参数随钻测量在井下并不是一直处于 工作状态，在数据采集的间隔整个系统工作在休眠状态以降低功耗，节约井下耐高温锂 电池电量【7 1 。 2 1 1 井下工程参数随钻测量系统硬件结构 ( 1 ) 钻压、扭矩测量放大电路 钻压、扭矩测量放大电路板工作原理：采用r c 桥式振荡电路产生正弦波【2 2 1 来激励 应变片组成全桥式应变电路。全桥电路输出的微小信号经过三级测量放大电路进行放大 然后滤波，调理成可供单片机采集的电压信号【1 9 1 。钻压、扭矩测量放大电路是相同的， 只是通过应变片在无磁钻铤上不同的贴法来分别测量。 正弦波激励采用r c 桥式振荡电路产生4 6 4 2 k h z 正弦波，将此正弦波加在全桥应变 片上将输出的微弱信号首先经过仪用放大器a d 8 2 2 1 t 2 3 】进行第一级放大，然后经过r c * 并联选频滤除高频干扰信号，再经过a d 6 2 1 t 2 4 1 进行放大然后通过a d 6 3 0 t 2 5 1 进行锁相放 大，锁相放大可以在信号中只提取出与激励同频的有用信号，最后经过低通滤波得到可 供单片机采集的信号。 钻压、扭矩的信号调理电路如图2 - 2 所示： 图2 - 2 信号放大电路结构图 f i g2 - 2 t h es t r u c t u r eo fs i g n a la m p l i f i c a t i o nc i r c u i t 钻压、扭矩的信号调理电路p c b 电路如图2 3 所示： 6 中霄油大学( 华东) 硕学位论文 图2 - 3 信号放大电路p c 8 图 f i g2 - 3t h e p c b o f s i g n a la m p l i f i c a t i o nc i r c u i ! ( 2 ) a d u c 8 4 8 单片机处理电路 单片机处理电路主要功能：实现钻压、扭矩信号的a d 转化，实现采集温度。数据 存储和串行通信等功能。并且为了实验室调试方便系统增加了液晶显示模块，以便直观 的实时显示采集的数据。 单片机采用的是a d i 公司的a d u c 8 4 8 单片机该单片机有符合军用标准的型号能 够满足井下温度要求，且a d u c 8 4 8 单片机兼容8 0 5 2 内核，具有高精度的1 6 位模数转 换模块并具有低功耗模式完全符合随钻测量系统的要求【2 6 1 。本课题的温度传感器采用 t i 公司的i i c 总线接口的数字温度传感器t m p 2 7 5 口”，其具有低功耗模式并符合井下温 度要求；串行通讯采用m a x 3 2 2 6 e t 2 ”，其具有低功耗、传输速度快的特点；存储器采 用m 2 5 p 3 2 1 串行刚存芯片，它符合s p i 串行总线，存储空间为3 2 m b i t 并具有低功耗模 式；液晶采用内置中文字库的l m 3 0 3 7 1 3 0 】液晶显示模块能够直观的反映采集参数的数值。 单片机处理电路结构图如2 _ 4 所示： 图2 - 4m c u 扳系统组成 f i 9 2 4 t h es t r u c t u r e o f t h e m c ub o a r 单片机处理电路p c b 图如2 - 5 所示： 第2 章随钻测量系统整体设计& 翻量方法 图2 - 5c p u 板p c b 设计图 f i g2 - 5 t h e p c bo f c p uc i r c u i tb o a r d 单片机处理电路原理图如图2 - 6 所示： 面姜 t 工；了皇；， 口声 唣争 皑婶胙 辅 拊；专荦 秘西 缸* i 叠、 i 藏 喀 图2 - 6c p u 板原理图 f i 9 2 - 6 t h es c h e m a t i c o f c p uc i r c u i tb o a r d 整个硬件电路设计及p c b 制板采用a l i t m n 公司的p r o t e l d x p 软件，它是一个单个 的应用程序能够提供从概念到完成板卡设计的所有功能要求。相比上代p r o t e l9 9 s e ，新 的d x p 支持双显示器具有增强型的用户界面，过滤和对象定位，可以同时选择和编辑 多个对象等功能】。在硬件设计上并采用了e w b 软件对部分电路进行仿真。 2l2 井下工程参数随钻测量系统软件结构 整个井下随钻工程参数随钻测量系统，在软件上采用模块化编程思想【1 9 。对各个 硬件模块进行编程，然后根据井下工程参数采集实际过程合理的安排各个模块顺序，高 效的实现系统的功能并尽可能节约资源。 整个软件设计包含单片机初始化模块，a d 转化模块，温度采集模块，液晶显示模 8 兰 中国石油人学( 华东) 硕十学位论文 块，数据存储模块，自动调零模块，低功耗模块以及串行数据通信模块，通过主程序将 这些模块整合来实现数据的采集，存储和数据通信。整个软件部分的程序编写调试采用 的是k e i l 公司的k e i lu v i s i o n 3 软件瞄】，程序烧写软件则是采用a d 公司的w s d 6 7 ， 这是一款专门针对a d u c 系列单片机的烧写软件。 主程序的功能是整合各个功能模块，根据井下工程参数的采集过程合理安排各个模 块实现整个功能，是整个随钻工程参数采集系统的总体框架。整个钻井参数随钻测量的 工作流程是：首先，上电后根据钻井过程的要求，要钻至井下3 0 0 0 米至少需要4 个小 时【3 2 1 ，因此在下井前设置单片机内部时间间隔计数器定时4 小时，在此时间内整个系统 处于休眠低功耗状态；然后，定时时间到唤醒单片机，对相关的寄存器进行初始化；最 后，进行采集参数，数据存储，液晶显示等功能模块，整个数据采集的频率在1 h z 即可， 因此在一次数据采集后进入休眠1 s 来降低功耗。 整个主程序的流程图如2 7 所示： 图2 7c p u 板主程序流程图 f i g2 - 7 f l o wc h a r t o ft h em a i np r o g r a m 井下工程参数随钻测量的具体各硬件功能，各个模块的程序实现和流程图在后面将 做更为详细的说明。 9 第2 章随钻测量系统整体设计及测量方法 2 2 井下温度测量方法 2 2 1 井下温度测量硬件实现 井下工程参数随钻测量系统温度采集采用t i 公司具有低功耗模式的数字温度传感 器t m p 2 7 5 ，这是一款内部集成了温度传感器，a d 转换和i i c 接口的集成芯片【3 3 1 。它 的温度测量范围为4 0 - - - 1 2 5 c ，供电范围2 7 v - 5 5 v ，完全符合井下工况的要求。t m p 2 7 5 不需要任何外部扩展，只需要在其s c l ，s d a 引脚上外接2 个上拉电阻，并在电源v c c 与地g n d 之间接一个0 1 心的电容即可。 t m p 2 7 5 符合工业i i c 标准总线通讯协议，只需要2 根总线即可实现对芯片内部寄 存器的读写操作。t m p 2 7 5 内部包含地址指针寄存器、温度值寄存器、温度上限寄存器、 温度下限寄存器和配置寄存器【2 7 j 。 这里主要介绍温度寄存器t e m p e r a t u r er e g i s t e r 2 7 1 。它是一个1 2 位的只读寄存器， 能够存储最近一次温度a d 转换结果，其包含有2 个字节共1 6 位二进制数其中最低的 4 位没有意义。用户可以根据用途的需要将这1 2 位的精度传化为9 b i t s 、1 0 b i t s 、1 1 b i t s 、 1 2 b i t s 的精度其对应的温度精度为o 5 、o 2 5 、0 1 2 5 、0 0 6 2 5 。 温度传感器测量电路设计原理图如图2 8 所示： d v c c 图2 -