微型井下智能压力计的研究

　　1　系统整体设计方案

　　本系统分为井下仪器部分和地面软件处理部分,如图1所示。井下仪器部分主要有压力采集电路,并进行相应的处理,以完成信号电平调整,阻抗匹配等;在井下复杂环境中不利于数据的无线传输,需要把采集到的数据存储起来;地面软件部分,将数据送入计算机,利用PC机强大的数据处理功能进行数据分析。

　　2　数据传输存储模块

　　(1)系统的数据传输存储采用I2C总线标准。I2C总线是一种高性能芯片间串行同步传输总线,它仅需要两根信号线,就可实现完善的双工同步数据传送,能够极其方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。本系统采用AT24C16存储压力数据,方法如下:AT24C系列E2PROM接口及地址选择。由于I2C总线可挂接多个串行接口器件,在I2C总线中每个器件应有唯一的器件地址,按I2C总线规则,器件地址为7位数据,它和1位数据方向位构成一个器件寻址字节,最低位D0为方向位(读/写)。器件寻址字节中的最高4位(D7~D4)为器件型号地址,不同的I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的,如AT24C系列E2PROM的型号地址皆为1010;器件地址中的低3位为引脚地址A2、A1、A0,对应器件寻址字节中的D3、D2、D1位,在硬件设计时由连接的引脚电平给定。

　　AT24C系列片内地址在接收到每—个数据字节地址后自动加1,故装载一页以内规定数据字节时,只须输入首地址,若装载字节多于规定的最多字节数,数据地址将自动翻页,新页中以前的数据将被覆盖。

　　(2)主控器与从接收器之间在总线上进行一次数据传输,称为“一帧”。按I2C总线规范的约定,一帧之内由启动信号、寻址字节、若干个数据字节、停止信号以及重启动信号组成。在传输数据开始前,主控器件应发送起始位,通知从接收器件作好接收准备;接着发送地址字节,当主控器收到从接收器件的应答位后发送第一个数据字节,从接收器收到数据后又返送一个应答信号,主控器收到应答位后发送第二个数据字节,如此循环反复;在传输数据结束时,主控器件发送停止位,通知从接收器件停止接收。每次传输的字节不受限制,每个字节必须有—个确认位(又称应答位ACK)。数据传送时都是高位在前。

　　3　USB通信模块

　　系统的USB通信模块完成PIC单片机与上位机设备的通信,从而将采集到的数据送到上位机进行处理。数据传送需要遵循相同的传输协议,如果单片机和上位机之间的传输协议不一样,就需要进行协议间的转换。

　　本文采用FT245BL芯片实现USB和并行I/O口之间的协议转换。一方面, FT245BL从主机接收USB数据,并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外设;另一方面,外设通过并行I/O口将数据转换为USB的数据格式传回主机。中间的转换工作全部由芯片自动完成,开发者无须考虑固件的设计。采用FT245BL芯片,需事先安装虚拟串口VCP驱动程序(VirtualCOM Port),并且可以在这虚拟串口上进行应用程序的开发。该虚拟串口可以像一个标准的物理串口那样被访问,可本质上所有针对虚拟串口的数据通信都是通过USB总线完成的,在设备端则通过并行I/O口完成。