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基于ZigBee技术的油田示功参数监控系统

作者:时间:2009-11-24来源:网络收藏


0 引言
随着全球经济的稳步发展,石油的在人们生产、生活中的应用越来越广,石油的需求量也与日俱增。人们对石油的生产更加关切。目前,现场采集、监控一般采用传感器进行数据的采集,然后将信号通过电缆传送到控制中心加以处理。现场所处环境偏远恶劣、地势复杂,油井分布广、数量多,铺设固定通信线路成本高、线路长、设备造价高、投资大等特点,制约了的生产监控。本文提出将应用在油田监控中。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/157760.htm


1 简介
近年来,随着微机电系统(MEMS)、片上系统(SOC)、传感、嵌入式计算、网络和通信等方面的飞速发展,(WSN)以其成本低、组网灵活、受地理环境限制少等优点,在许多领域都展示了广阔的应用前景。利用全球共用的公共频率2.4GHz,具有非常显著的低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远等优势,目前被视为替代有线监控网络最有前景的技术之一。与传统无线技术相比(见表1),ZigBee的特点主要表现以下几个方面:
(1)低功耗。待机模式,2节AAA干电池可支持1个节点工作0.5~1年。
(2)低成本。协议大幅简化,免执照频段,免协议专利费。
(3)低速率。250kb/s(2.4GHz)、40kb/s(915MHz)和20kb/s(868MHz)的原始数据吞吐率。
(4)近距离。传输范围为10~75m,提高RF发射功率,可增加到1~3km。
(5)网络容量大。采用St arNet、Me shNet和CluterTreeNet,可组成65000个节点大网。
(6)短时延。ZigBeen响应速度快,睡眠转入工作状态需15ms,节点连接入网需30ms。
(7)安全性能高。提供三级安全模式:无安全设定、接入控制清单(ACL)、防止非法获取数据及采用AES-128对称密码。


2 系统总体方案
加速度传感器、载荷传感器定时收集各井口的示功,在ARM处理器控制下,通过ZigBee无线模快,在IEEE802.15.4技术标准的支持下,由ZigBee网络发送到ZigBee路由器和ZigBee协调器,经卫星或GPRS网络将数据发送至控制中心,及时掌握采油现场的工作,实现数据的汇总、整理与分析,并及时对终端下达控制命令,调整生产。
该系统分数据采集终端、Zi gBee无线路由器、ZigBee/WN协调器、控制中心四个部分。油田监测系统架构如图1示。 图一油田架构

系统由三级WN组成,结构简单、性能稳定、易于实现。低功耗为该系统突出表现。ZigBee无线网络采用的是2.4GHz频段。该频段为全球统一无需申请的ISM频段。该频段(2.4~2.483GHz)被划为16个信道,数据传输速率250kb/s,码元速率为62.5kbaud,采用16进制正交调制,用码片长度为8的伪随机码直接扩频。GPRS传输速度为56~115Kb/s。与GPRS网络结合使用,可以满足ZigBee网络传输数据的需求,可以减少系统建设初期的投资费用,减轻网络运行维护工作量,使油井示功及时、准确地传送至监控中心。系统通过ZigBee和GPRS两种无线网络的连接,实现实时监控,对油田出现的问题及时发现和处理。


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