TDC-GP2在油田石油流量测量中的应用

3.4 TDC-GP2与2274通信电路的设计

TDC-GP2的通信格式是四线的串行通信格式 (SPI)，电路中利用2274的串行通信引脚和GP2的通信引脚相连，并利用2274的I/O口引脚P2.2作为GP2的选通脚，利用另一个I/O引脚P4.2作为GP2的复位脚，而用2274的I/O引脚P2.0来响应GP2的中断。利用2274的P2.4和P2.5分别作为GP2的"开始"和"结束"的使能信号 。其具体的通信电路如图3所示。通信的数据速率可以根据GP2的读写操作时序图用软件来确定。

3.5 电源电路的设计

因为整个系统的供电采用干电池供电方式。所以在功耗的要求上是比较严格的。在整个电路中所用的芯片都是3.3V供电，这样就减少了以往系统中电平转换芯片使用过程中能量的损失。受供电方式的限制，对电源电路的设计相当重要，必须选择耐高温、体积小、功耗小、能量大的电池。另外，对如何提高电池的利用率也作了考虑。除此之外，在本系统中，采用双电源的供电方式，即一个主电源一个备用电源，整个电源部分的电路结构如图4所示。主电源在刚开始通过二极管网络(二极管网络是用来确定门限电压的)给系统供电，使系统处于主电源供电模式，同时2274使模拟开关选通主电源供电模式，通过检测电路来检测主电源的电压幅度，当电压幅度小于预设的门限电压时，2274通过模拟开关选通备用电源，使用备用电源给系统供电。这样就使得系统的工作时间更长、更可靠。

3.6  流量测量预处理电路的设计

由于从超声波传感器接收到的信号是非常微弱的超声波信号，而GP2的STOP通道对信号的识别是有要求的，所以必须对接收信号进行放大、滤波。具体电路如图5所示：通过模拟开关选通的接收信号经一级运放电路进行放大，放大幅度约为20dB，之后对放大后的信号进行带通滤波，滤波后对信号进行二次放大，这次放大的幅度也是约20dB，即两次总的放大增益约为40dB，二次放大后的信号经比较器整形后送到GP2作为STOP信号。由于GP2 测量的是开始信号和结束信号之间的时间差，要求上升沿尽量的陡，所以必须使用高速比较器。

4 系统软件设计

GP2的软件设计流程如图6所示：系统上电后通过2274选通GP2，并对GP2的寄存器进行配置，接着初始化GP2，在TDC单元接收到START通道上的第一个脉冲信号后开始工作，直到达到预先设置的采样数或者遇到测量溢出后停止工作。然后，对测量值进行校准（可以不校准）后计算得到测量值，这样就完成了一次测量。一次测量完成后触发中断，2274读取测量到的数据。下次测量前再进行一次初始化后就可以开始第二次测量。

5 总结

该系统电路经过室内试验，取得了良好的测量效果，系统的测量精度和稳定性都达到了预先的设计要求。从而充分说明了该系统的可行性，为其应用型、产品化仪器的开发提供了必要的依据。另外，这套系统还可以应用到其它的工业领域，可以做成工业自动化的控制最前端的测量流量设备。此测量电路系统的设计对于其它流量测量仪器的设计有一定的参考价值。