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基于ZigBee技术的油井远程采集传输系统研究

作　者: 杨帆
导　师: 牟海维
学　校: 东北石油大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 远程采集传输 ZigBee 无线传感器网络 CC2430
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
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内容摘要


随着传感器、嵌入式、微电子以及无线通信等技术的飞速发展，更多的无线传感器应用进入我们的生活。石油采集和传输作为石油生产重要的组成部分，备受国内外关注。为了实现油田的远程采集和传输，在石油生产中应用无线传感器技术成为当今研究的热点课题。目前国内在这一领域的应用主要采用GPRS技术，但由于其存在覆盖范围内盲点多、设计成本高、系统功耗大等诸多问题，无法实现普及，给石油数据的远程采集和传输在带来了很大的困难。本文针对上述问题，提出了基于ZigBee技术的油井远程采集传输系统的设计，它能够解决石油现场因环境恶劣、油井数量多、油井分布广等原因造成的人力资源浪费、设备维护和管理困难等问题。很大程度上缓解了系统因采用GPRS通信技术带来的覆盖盲点多、系统设计成本高、功耗高等难题。本文设计的远程采集传输系统是把ZigBee技术与传感器相结合组成无线传感器网络。系统工作在全球免费的ISM频段，适合应用于油井众多并分散的油田采集工作中。系统采用具有相对覆盖范围广、传输速率高、网络稳定性高、永远在线等优势的GPRS通信技术来作为ZigBee网络和数据监控中心的衔接。这种设计不仅克服了ZigBee网络传输距离短的不足，又弥补GPRS网络高成本、高功耗以及具有覆盖盲点等的缺陷。本文设计中，ZigBee网络的采集节点和汇聚节点都选用高性能、低功耗的CC2430芯片作为主控芯片。本系统中的ZigBee网络采用星状与网状相结合的网络拓扑结构。在增强了ZigBee网络的稳定性和容错能力的同时，使系统的组网方式更加灵活。在完成硬件平台的搭建和对系统的软件设计后，通过对本文设计系统的测试，证实了设计的可行性，确定了系统的有效通信距离，并利用载荷传感器和位移传感器完成参数的采集，测试结果误差符合生产要求。基本上实现了对油井参数的远程采集和传输，达到了预期的设计目的。本文设计的系统便于装卸、组网自由、覆盖范围广、价格低廉，并且能够在功率消耗较低的情况下完成安全可靠的数据信息传输。解决了以往油田油井参数采集的成本高、人力物力资源严重浪费、传输距离有限并存在盲点等诸多问题。实现了无线传感器网络在油田中的进一步应用，推动了数字化油田的发展进程。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
创新点摘要  7-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景与意义  10
  1.2 概述国内外发展现状  10-11
  1.3 无线传感器网络概述  11-13
  1.4 本论文主要工作  13
  1.5 本章小结  13-14
第二章 无线传感器网络  14-26
  2.1 ZigBee 无线网络技术  14-22
    2.1.1 ZigBee 技术的特点  14
    2.1.2 ZigBee 网络结构的介绍  14-18
    2.1.3 ZigBee 协议架构与协议分析  18-22
  2.2 GPRS 无线网络技术  22-25
    2.2.1 GPRS 技术特点及网络构成  22-23
    2.2.2 GPRS 协议模型及工作原理  23-25
    2.2.3 GPRS 技术的优点和缺陷  25
  2.3 本章小结  25-26
第三章 油田远程采集传输系统结构框架及方案的选择  26-33
  3.1 系统功能分析  26
  3.2 基于 ZigBee 技术的油井参数传输系统总体设计方案  26-29
    3.2.1 系统框架  26-27
    3.2.2 系统组网方案及网络拓扑结构的选择  27-29
  3.3 系统软硬件平台选择方案  29-30
  3.4 系统软件开发平台选择方案  30-31
  3.5 方案可行性分析  31
  3.6 系统性能设计指标  31-32
  3.7 本章小结  32-33
第四章 油井远程采集传输系统的设计  33-60
  4.1 传感器采集终端的设计  33-45
    4.1.1 采集终端的设计框架  33
    4.1.2 采集终端的工作机制  33-34
    4.1.3 主控芯片 CC2430 介绍  34-36
    4.1.4 采集终端的硬件设计  36-42
    4.1.5 采集终端的软件设计  42-45
  4.2 汇聚节点的设计  45-58
    4.2.1 汇聚节点的设计框架  45-46
    4.2.3 汇聚节点的工作机制  46-47
    4.2.4 汇聚节点的硬件电路设计  47-53
    4.2.5 汇聚节点的软件设计  53-58
  4.3 数据监控中心的设计  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 系统调试及结果  60-73
  5.1 系统调试及测试  60-71
    5.1.1 上位机软件调试  60-63
    5.1.2 单点对单点通信测试  63-68
    5.1.3 星状网络通信测试  68-69
    5.1.4 网状网络通信测试  69-71
    5.1.5 功耗测试  71
  5.2 参数采集测量的结果及分析  71-72
  5.3 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-77
发表文章目录  77-78
致谢  78-79
详细摘要  79-85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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