专利名称：嵌入式中文网络纯油计算机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计量原油的测量装置，尤其是能计量原油中的含水率和纯油量的嵌入式中文网络纯油计算机。
二背景技术：
目前，油田生产过程中对含水原油中纯油量的计量，通常是每两小时手工取样化验含水率的方式进行查表计算，不能进行连续实时计量；一般的含水分析仪通常只能提供含水率，不能直接提供原油生产所需的全部数据，同时由于采用射线进行含水率测量，具有一定程序的放射性污染；并且油田生产中的自动化计量设备通常采用英文进行显示，不利于一线工人的使用操作；此外油田原油计量自动生产中所用的测量装置，不能直接接入企业局域网，而必须通过PLC或DCS等系统进行集成，由现场的工控机进行监控，这种自动化方式增加了系统的复杂程度和生产运行成本。
三
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种提高原油计量的自动化程度、实现纯油的连续实时在线计量、简化系统集成的嵌入式中文网络纯油计算机。
其技术方案是主要包括用户接口模块(GUI)和核心处理器模块(LTD)，其中用户接口模块(GUI)，主要用于负责用户组态数据的现场输入；核心处理器模块(LTD)，是嵌入式网络纯油计算机的核心模块，主要用于进行原始数据采集、运算，与上位机进行数据和命令的交换，响应GUI模块的各种请求，两大组成部分进行分模块设计。
最佳方案是LTD扩展了一片DS1302，所述的DS1302Z是涓流充电时钟芯片，提供秒、分、时、日、月和年的信息实时时钟，具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力，还有闰年调整的能力。另外，LTD模块扩展了一片DS1245W，能够对高速和实时采集的数据进行保存，使系统在掉电的情况下，不至于丢失采集数据和计算总量等有价值数据。还有LTD在CPU总线上扩展了一片以太网接口，用于与上位机进行高速大量的数据和命令交换。
本实用新型的效果是可以直接提供原油计量中包括纯油量在内的所有数据，提高原油计量的自动化程度、实现纯油的连续实时在线计量、简化系统集成，有效的降低生产运行成本，并且更加方便的和本公司的上层软件和数据库的无缝连接和配套使用。
四
附图1是本实用新型的结构示意图；附图2是本实用新型的系统各模块结构框图；附图3是GUI扩展LCD控制器SED1335的电路连接图；附图4是CPU通过并行I/O口与DS1302相连的电路连接图；附图5是LTD CPU与数据保存电路DS1245W NVRAM连接电路连接图；附图6是LTD CPU与以太网接口RTL8019电路连接图；附图7是LTD CPU与扩展总线电路图；五具体实施方式
结合附图1、2、3、4、5、6和7，对本实用新型作进一步的描述嵌入式网络纯油计算机是与罗斯蒙特新型质量流量计配套的一款变送器，它以RS485形式，采用Modbus协议与流量计的核心处理器进行通讯。主要采集质量流速、混合密度、温度、体积流速、质量合计、体积合计、质量总量、体积总量等参数，然后根据组态录入的20℃下的纯油标准密度及污水密度，计算出当前温度下的纯油密度，及在线含水率。根据在线含水率计算出纯油体积、纯油质量、污水体积、污水质量。方便和本公司的上层软件和数据库的无缝连接和配套使用。
参照附图1本实用新型主要用户接口模块2(GUI)、核心处理器1(LTD)两大部分组成；两大模块通过特定设计的通讯端口互连，分别装配在特定设计的防爆外壳内部。确切的说是核心处理器1(LTD)模块和用户接口模块2(GUI)模块单独构成子系统，有自己的CPU(中央控制器)，运行独立的软件。两个模块通过特定的通讯协议和特定的通讯端口进行命令和数据交换。模块化的单独设计，便于系统设计，提高了系统的可靠性，便于系统维护和升级，并且安装在防爆外壳内部，满足了防爆要求。
本实用新型的工作原理是本实用新型是通过系统的RS232或RS485接口采集传感器信号，并根据标准纯油密度、标准污水密度，计算出在线质量含水率、在线体积含水率。计算出纯油质量、纯油体积、污水质量、污水体积等数据。采集计算数据和组态数据通过GUI模块显示出来。系统还可以通过以太网将数据经过集线器/交换机或直接发送给上位PC机。上位机也可以对整个流量计系统进行实时监控。
系统在采集过程中，可以对用户组态数据如采集端口、采集数据格式、采集通讯协议，通讯速度等一系列参数进行长时间存储。对于采集的原始数据经过运算后动态显示在系统的GUI用户接口LCD上。
以下对分别各模块作进一步的描述参照附图2，根据功能和要求，对用户接口模块(GUI)、核心处理器(LTD)两大组成部分进行分模块设计，系统各模块详细设计参照附图2本领域的普通技术人员可以理解。
其中，GUI模块设计如下参照附图3，GUI模块主要负责用户组态数据的现场输入和采集计算数据的实时显示。GUI模块提供了160×160图形点阵LCD和8个薄膜键盘作为GUI接口。并通过专用通讯端口与LTD核心处理器进行数据和命令交换。为了保证GUI模块能够快速完成数据运算和与LTD高速通讯。GUI模块CPU选用ATMEL公司的32位ARM7TDMI内核的芯片AT91M40800，并扩展了软件所需的数据和程序空间。
AT91M40800没有LCD控制器，要完成GUI模块160X160单色图形点阵LCD的控制，GUI扩展一片了LCD控制器SED1335。SED1335是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶显示控制器，具有较强功能的I/O缓冲器，指令功能丰富，四位数据并行发送，最大驱动能力为640×256点阵。SED1335硬件结构可分为MPU接口、控制部分和驱动LCM部分；单色图形点阵LCD，采用的是SAMSUNG160×160LCD，具有显示信息量大，方便与SED1335结合等优点。LCD与SED1335电路如附图3所示。
另外，核心处理器(LTD)模块设计如下LTD模块是嵌入式网络纯油计算机的核心模块，主要进行原始数据采集、运算，与上位机进行数据和命令的交换，响应GUI模块的各种请求。为保证系统的实时性，LTD模块CPU必须有较强的运算能力。考虑到系统的特殊性，以及所选用的操作系统的支持，LTD选用了Motorola Coldfire系列高性能32位芯片MCF5307，主频90MHz、处理能力75MIPS。MCF5307是延续M68K体系的新一代微处理器，具有很好的架构，非常适用于低价位、高可靠性的工业控制领域。
MCF5307 CPU具有8-Kbyte unified cache，片上4-Kbyte高速静态SRAM，SDRAM控制器，整数/小数乘--加(MAC)运算单元，除法运算单元，4通道DMA控制器，两个16位通用16位定时器，两个通用异步串行口(UART)，I2C总线接口，并行I/O接口。为保证系统能够稳定、快速高效运行计算、采集和监控软件，LTD在地址和数据总线上扩展了16MB高速SDRAM，2MB程序FLASH，2MB用户数据FLASH。程序FLASH用于固化系统程序，用户FLASH用于存储组态数据。
参照附图4，实时时钟电路设计如下MCF5307不具有实时时钟RTC，为保证嵌入式网络纯油计算机能够具有实时时钟功能，LTD扩展了一片DS1302。DS1302Z是涓流充电时钟芯片，提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息实时时钟。具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。
CPU通过并行I/O口与DS1302相连。用底层驱动程序实现DS1302的读写和设置时序，使上层应用程序方便的进行实时时钟的相关操作。
参照附图5，采集数据保存电路设计如下嵌入式网络纯油计算机能够对高速和实时采集的数据进行保存，使系统在掉电的情况下，不至于丢失采集数据和计算总量等有价值数据。采集数据量大，而且更新快。FLASH有写入慢、擦写次数有限等缺点，不适合用于高速数据。LTD模块扩展了一片DS1245W，3.3V 1024k非易失SRAM用于解决采集数据动态保存。
参照附图6，以太网模块电路设计如下MCF5307不具有以太网接口，为方便与上位机进行高速大量的数据和命令交换，LTD在CPU总线上扩展了一片10M以太网控制器RTL8019。RTL8019是REALTEK公司的网卡控制芯片，为ISA接口，兼容NE2000类型。高集成MAC和物理层性能，100脚的TQFP封装，最大速率10Mbps，自带16KB的SRAM，工作在Ethernet II和IEEE802.3、10Base5、10Base2、10BasetT下，全双工，支持8位与16位数据总线，具有性能好，价格低廉应用普遍等优点。
参照附图7，扩展总线电路如图，LTD采用开放部分总线的设计方法，使的LTD具有方便升级和根据不同的现场要求扩展不同的功能卡的特点。我公司根据LTD的用户要求制作的扩展板卡可以方便的接插到扩展板卡插座。如我公司开发的FB-RS485板卡和DAS板卡。FB-RS485板卡可以使嵌入式网络纯油计算机增加3个3线串口和一个RS485口。
DAS板卡的插入，可以使嵌入式网络纯油计算机采集多大8路4-20MA工业电流环信号，同时输出两路4-20MA电流环信号。
总之，本实用新型公开的技术方案可以应用在计量原油的测量装置，也可经过改进应用在其它领域的计量测量装置。
权利要求1.一种嵌入式中文网络纯油计算机，其特征是包括用户接口模块GUI(2)和核心处理器模块LTD(1)，其中用户接口模块GUI(2)，主要用于负责用户组态数据的现场输入，包括模块GUI的独立CPU，以及提供了与图形点阵LCD和薄膜键盘接口，并通过通讯端口与LTD核心处理器进行数据和命令交换；核心处理器模块LTD(1)，主要用于进行原始数据采集、运算，与上位机进行数据和命令的交换，响应GUI模块的各种请求，它包括核心处理器CPU，电源板，以及实时时钟芯片、数据采集保存电路、复位电路、接口RS232、扩展板卡、以太网控制器组成。
2.根据权利要求1所述的嵌入式中文网络纯油计算机，其特征在于在用户接口模块GUI(2)中的CPU选用32位ARM7TDMI内核的芯片，并扩展了软件所需的数据和程序空间，图形点阵LCD采用160×160单色图形点阵LCD，并由GUI扩展一片了LCD控制器DS1302所控制；核心处理器模块LTD(1)的核心处理器CPU采用高性能32位芯片MCF5307，实时时钟芯片采用DS1302Z涓流充电时钟芯片，能提供秒、分、时、日、月和年的信息实时时钟，数据采集保存电路采用非易失SRAM来解决采集数据动态保存，以太网控制器采用RTL8019，复位电路采用看门狗报警器。
3.根据权利要求2所述的嵌入式中文网络纯油计算机，其特征在于MCF5307具有8-Kbyte unified cache，片上4-Kbyte高速静态SRAM，SDRAM控制器，整数/小数乘--加运算单元，除法运算单元，4通道DMA控制器，两个16位通用16位定时器，两个通用异步串行口，4I2C总线接口，并行I/O接口，LTD在地址和数据总线上扩展了16MB高速SDRAM，2MB程序FLASH，2MB用户数据FLASH。
4.根据权利要求2所述的嵌入式中文网络纯油计算机，其特征在于GUI模块CPU采用AT91M40800，并扩展了软件所需的数据和程序空间。
专利摘要本实用新型涉及一种计量原油的测量装置，尤其是能计量原油中的含水率和纯油量的嵌入式中文网络纯油计算机。其技术方案是主要包括用户接口模块(GUI)和核心处理器模块(LTD)，其中用户接口模块(GUI)，主要用于负责用户组态数据的现场输入；核心处理器模块(LTD)，是嵌入式网络纯油计算机的核心模块，主要用于进行原始数据采集、运算，与上位机进行数据和命令的交换，响应GUI模块的各种请求，两大组成部分进行分模块设计。本实用新型的效果是可以直接提供原油计量中包括纯油量在内的所有数据，提高原油计量的自动化程度、实现纯油的连续实时在线计量、简化系统集成，有效的降低生产运行成本，并且更加方便的和本公司的上层软件和数据库的无缝连接和配套使用。
文档编号G06F17/00GK2821698SQ20042009951
公开日2006年9月27日 申请日期2004年12月20日 优先权日2004年12月20日
发明者陆忠利, 郭召明, 罗洁东 申请人:东营市陆地科学技术发展有限责任公司