MSP430單片機A/D采集與數據處理

　　以上加速度水平、垂直信號經過調理后，都要輸入MSP430單片機的 A/D進行模數轉換。MSP430中ADC12模塊[4]能夠實現12位精度的模數轉換，本系統使用穩壓芯片輸出電壓3V作為A/D參考電源。

　　示功圖測試儀的垂直加速度變化大，水平加速度變化小。垂直加速度信號范圍：1~2V，水平加速度信號范圍：0.5~2.5V。通過以上MSP430 A/D功能特點分析，確定其完全可以滿足示功圖信號的采集需求。

　　示功儀加速度在兩次去除邊界積分后并不能得到準確的沖程，往往對于同一口井會得出兩個差異很大的沖程。因為加速度量的電壓信號很小，3V供電系統造成加速度與電壓的比例系數很小(0.56V/g)，MCU采集加速度電壓信號受干擾嚴重。所以必須對采集的加速度信號進行合適的濾波后再雙重積分得到沖程。

　　首先，將采集到一個周期的加速度的數據存放在RAM中，對加速度數據進行奇異值的濾除;然后對加速度量進行3次7點平滑窗濾波，最大限度地將噪聲信號濾除;最后，應用周期去邊界的雙重積分得到各點的位移值，對應各點載荷量，在液晶屏上畫出示功圖，并將油井信息和示功圖信息儲存到外部EEPROM中。

　　加速度信號的復合濾波方法

　　示功儀采用加速度信號進行雙重積分算法得到位移和沖程，但是，加速度信號由于電源紋波和信號干擾的影響引起波形的微小畸變，經過雙重積分后沖程累積誤差增大。針對加速度信號測量位移和沖程所存在的問題，本文在分析形態濾波和傳統平滑濾波的基礎上，提出了一種改進的復合濾波方法。

　　形態濾波法

　　形態濾波[6]是一種非線性數字濾波技術，主要應用在人臉識別領域。根據加速度信號的特點，形態濾波可以有效地抑制加速度信號的噪聲，較好的保持加速度信號的幾何特征[5]。本文采用了腐蝕與擴散相結合的方式來達到形態濾波的效果，核心算法定義為：

　　Y={[(fΘg)⊕g](n)+[(f⊕g)Θg](n)}/2

　　其中，[(fΘg)⊕g](n)表示形態開運算，[(f⊕g)Θg](n)表示形態閉運算，g表示結構元素，本文選用{0，7.0711，10，7.0711，0}。

　　通過抽油現場測試，游梁式抽油機的位移和沖程測量效果理想，加速度信號波形如圖3所示。