基于ZigBee的油水井電量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

胡宗軍，曹旭東，梁華慶，曹衛(wèi)東

（1華北油田公司采油二廠河北任丘062550；2中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

基于ZigBee的油水井電量采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

胡宗軍1，曹旭東2，梁華慶2，曹衛(wèi)東2

（1華北油田公司采油二廠河北任丘062550；2中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

文中通過(guò)設(shè)計(jì)電量采集電路以及結(jié)合了ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，并利用其支持IPV4以太網(wǎng)功能將儀器所得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到工作站服務(wù)器上，從而讓操作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控油田現(xiàn)場(chǎng)油氣井電參量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常并解決問(wèn)題。通過(guò)這一系統(tǒng)的研發(fā)，能夠得到可靠的數(shù)據(jù)采集結(jié)果與數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)高效且低功耗的油田作業(yè)目的。

IPV4；ZigBee；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；電量采集

隨著科技的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也越來(lái)越發(fā)達(dá)，如何將現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入進(jìn)傳統(tǒng)行業(yè)中成為了社會(huì)的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的結(jié)合必將給傳統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變化，從而提高生產(chǎn)效率并使生產(chǎn)成本大幅降低。對(duì)于石油行業(yè)，在原油開(kāi)采的過(guò)程中由于油氣井之間分布非常散亂，所以就造成了工人對(duì)油井的維護(hù)異常困難，通過(guò)設(shè)計(jì)智慧油田系統(tǒng)，則很好的解決了對(duì)油田各油氣井運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的問(wèn)題，為油田技術(shù)人員對(duì)油井運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和分析提供的很大的方便，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化智能生產(chǎn)。

針對(duì)目前石油勘探開(kāi)采的現(xiàn)狀，擁抱互聯(lián)網(wǎng)，改革原有的勘探開(kāi)發(fā)方式成為了一個(gè)社會(huì)趨勢(shì)。本文通過(guò)設(shè)計(jì)電量采集電路以及ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用支持IPV4以太網(wǎng)將儀器所得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到工作站服務(wù)器上，從而讓操作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控油田現(xiàn)場(chǎng)油氣水井電參量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，從而使操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常并排除異常。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由終端電量采集設(shè)備、中心控制器、RTU模塊、上位機(jī)圖形界面軟件4個(gè)部分組成。系統(tǒng)主要應(yīng)用：高性能嵌入式STM32F103RC單片機(jī)作為核心處理器，同時(shí)選擇專門測(cè)量電力線參數(shù)的集成芯片CS5463，并采用ZigBee技術(shù)及IPV4的網(wǎng)絡(luò)通迅技術(shù)，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)這些技術(shù)的融合，克服了信號(hào)干擾噪聲大和油田面積大不易組網(wǎng)等方面問(wèn)題，且利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分布在油田各處的傳感器數(shù)據(jù)迅速的收集并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，實(shí)現(xiàn)了油田技術(shù)人員對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)各油氣井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)油田設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，讓“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與傳統(tǒng)能源生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)控制系統(tǒng)采用是嵌入式Cortex-M3系列的ARM處理器STM32F103RC芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要控制功能，在嵌入式LINNX系統(tǒng)下設(shè)計(jì)的內(nèi)核程序，使每個(gè)程序都能獨(dú)立并同時(shí)運(yùn)行，包含了3路485總線接口，其中兩路分別用于RTU與網(wǎng)口，另一路為擴(kuò)展接口來(lái)拓展功能。

通過(guò)采用CS5463電量采集芯片作為整個(gè)電量采集電路設(shè)計(jì)的核心，將三相電的各項(xiàng)信息通過(guò)采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后CS5463芯片與中心控制器STM32F103RC是通過(guò)SPI串行通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的。SPI是一種高傳輸速率，同步雙向傳輸?shù)耐ㄑ缚偩€技術(shù)，而且僅僅使用了4根線來(lái)進(jìn)行通信，減少了對(duì)芯片接口的占用。其中4個(gè)管腳分別是SDO、SDI、SCLK、CS，其中CS是片選接口，當(dāng)主設(shè)備下的從設(shè)備數(shù)目不只一個(gè)時(shí)，則需要CS接口傳輸設(shè)備使能信號(hào)，從而判斷芯片是否被激活，如果只有一個(gè)從設(shè)備，則CS接口就不需要了。

RTU模塊通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)，其中RTU與控制器之間是通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。終端數(shù)據(jù)采集設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)RTU傳輸給控制器，控制技術(shù)人員也可以通過(guò)控制端向終端設(shè)備發(fā)送命令，通過(guò)以太網(wǎng)傳到RTU模塊，RTU模塊再控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制器發(fā)送命令，采集相應(yīng)的電量信息。

由于現(xiàn)場(chǎng)需要通訊的設(shè)備很多，通訊協(xié)議也不一樣，給設(shè)備之間、設(shè)備與控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸造成了很大的困難，必須采用統(tǒng)一的一個(gè)傳輸協(xié)議才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本系統(tǒng)使用的是MODBUS傳輸協(xié)議，方便系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)

1）在ZigBee數(shù)據(jù)協(xié)議包的基礎(chǔ)上，移植入MODBUS協(xié)議，使系統(tǒng)處于相同的數(shù)據(jù)協(xié)議下，便于各個(gè)模塊通信。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用由協(xié)調(diào)器廣播發(fā)送命令，在終端傳感器設(shè)備判斷處理命令的方式，實(shí)現(xiàn)星型網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片

STM32F10x系列是中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3。該系列芯片按片內(nèi)Flash的大小分為3大類：小容量（16 K和32 K）、中容量（64 K和128 K）、大容量（256 K、384 K和512 K），STM32F103RC則屬于該系列中的一種大容量增強(qiáng)型處理器。STM32F103RC增強(qiáng)型使用的是高速的ARM Cortex-M3系列32位的RISC內(nèi)核，工作時(shí)鐘頻率為72 MHz，芯片中內(nèi)置高速存儲(chǔ)器（高達(dá)128 K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM），豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和一個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個(gè)I2C和SPI、3個(gè)USART、一個(gè) USB和一個(gè)CAN。 STM32F103RC增強(qiáng)型系列工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0 V至3.6 V，通過(guò)各種各樣的省電手段來(lái)應(yīng)對(duì)低能耗的應(yīng)用場(chǎng)景。其最小系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

2.2 電量采集芯片

CS5463是一種被廣泛使用在數(shù)字電能表制造上的測(cè)量芯片，它具有測(cè)量精度高，低成本的優(yōu)點(diǎn)。CS5463是專門用于對(duì)三相電進(jìn)行各種參數(shù)測(cè)量設(shè)計(jì)，能夠?qū)λ查g電壓和電流進(jìn)行精確地測(cè)量，并能夠計(jì)算瞬時(shí)功率、電流有效值IRMS和電壓有效值VRMS、有功功率、視在功率、無(wú)功功率、基波功率、諧波功率、功率因數(shù)以及電壓頻率。

CS5463與不同的外設(shè)進(jìn)行連接即可測(cè)量不同的電能數(shù)據(jù)。如果將分流電阻或電流互感器與芯片進(jìn)行組合連接則可以用來(lái)獲取電流參數(shù)，將電阻分壓器或電壓互感器與芯片進(jìn)行組合連接則可以用來(lái)獲取電壓參數(shù)。并且，因?yàn)镃S5463片內(nèi)集成了溫度傳感器，通過(guò)對(duì)傳感器對(duì)芯片溫度的測(cè)量，有利于產(chǎn)品研發(fā)者計(jì)算溫度變化所帶來(lái)的誤差，提升測(cè)試準(zhǔn)確度。

圖3 STM32芯片的主控電路圖

圖4 CS5463測(cè)量電路圖

2.3 ZigBee終端

ZigBee相比于其他數(shù)據(jù)通信方式的最大優(yōu)勢(shì)在于低功耗的性能，一般的話在每小時(shí)啟動(dòng)設(shè)備一次采集數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，發(fā)射功率僅為1毫瓦，采用鋰電池提供電量支持設(shè)備工作超過(guò)3個(gè)月時(shí)間。但是作為整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)調(diào)器是不能設(shè)置為低功耗模式的，終端設(shè)備作為傳感器采集的控制器一般配置為低功耗模式。

CC2530芯片有5種芯片管理模式：active模式、idle模式、PM1模式、PM2模式和PM3模式，其中后3種為低功率模式[3]。PM1模式下芯片內(nèi)部調(diào)壓器到數(shù)字核心工作，時(shí)鐘由晶體振蕩器提供，設(shè)備可以由外部中斷或者睡眠定時(shí)器喚醒，睡眠時(shí)間低于3 ms。在PM2模式下，電壓調(diào)節(jié)器到數(shù)字核心是不工作的，低功率32 kHz晶振工作，喚醒條件類似狀態(tài)，睡眠時(shí)間大于3 ms。但是如果設(shè)備設(shè)置為PM3模式，所有時(shí)鐘振蕩器全部關(guān)閉，只有外部中斷才能將設(shè)備喚醒，睡眠時(shí)間大于3 ms，滿足超低功耗。active模式為全功能模式，時(shí)鐘晶振采用32 MHz有源晶振，idle模式為閑置模式，除了CC2530內(nèi)嵌的8051CPU核停止運(yùn)行之外，其余與全功能相同，任何一個(gè)有用的中斷都可將CPU核喚醒。

傳統(tǒng)的審美精神仍然起到著非常重要的作用和其存在的價(jià)值。這是中國(guó)文化的靈魂和根基，越是民族的就越是世界的。當(dāng)代粉彩沒(méi)骨花鳥(niǎo)畫(huà)在創(chuàng)作作品當(dāng)中應(yīng)當(dāng)大力弘揚(yáng)傳統(tǒng)審美精神，把我們傳統(tǒng)的儒、道、釋的美學(xué)精神所傳達(dá)到作品當(dāng)中。在捕捉自然界的質(zhì)樸之外真正達(dá)到“天人合一”的審美境界。

根據(jù)上面的分析，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到協(xié)調(diào)器不采用低功耗模式，終端設(shè)備應(yīng)用低功耗模式，但是如果采用超低功耗PM3模式，只有外部中斷才能將終端設(shè)備喚醒。但是考慮到油田現(xiàn)場(chǎng)不能人為給與外部按鍵中斷，所以采用PM2模式通過(guò)CC2530內(nèi)部睡眠定時(shí)器中斷喚醒，同時(shí)也可通過(guò)協(xié)調(diào)器發(fā)送廣播命令喚醒設(shè)備。

3 軟件控制系統(tǒng)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)包括，主體控制程序，stm32與cs5463的驅(qū)動(dòng)控制程序和ZigBee與MODBUS通信協(xié)議。其中ZigBee與MODBUS通信協(xié)議是系統(tǒng)控制程序的關(guān)鍵難點(diǎn)。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

為了管理ZigBee每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)的相應(yīng)任務(wù)，系統(tǒng)抽象層OSAL采用事件輪詢式操作系統(tǒng)并建立鏈表結(jié)構(gòu)。由于這幾層中都含有大量的事件原語(yǔ)函數(shù)，OSAL在每一層都設(shè)立一個(gè)事件調(diào)度函數(shù)，針對(duì)這層不同事件，調(diào)用相應(yīng)函數(shù)。但是，不論系統(tǒng)的總體和每層的個(gè)體，在事件驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)中都存在優(yōu)先級(jí)的概念。在z-stack協(xié)議中，利用建立鏈表的方式，來(lái)排列任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，按照任務(wù)優(yōu)先級(jí)由高到低的順序進(jìn)行事件插入，而相同的優(yōu)先級(jí)，則遵循時(shí)間順序判斷。

這樣的話，整個(gè)協(xié)議棧的驅(qū)動(dòng)就集中在兩個(gè)特定的函數(shù)中：osal_set_event（ uint8 task_id，uint16 event_flag）和 osal_starttimerEx（ uint8 taskID，uint16 event_id，uint16 timeout_value）。前者為事件設(shè)置函數(shù)，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行16位二進(jìn)制數(shù)事件設(shè)置，并加入到鏈表當(dāng)中并進(jìn)行訪問(wèn)。后者則為事件輪詢時(shí)間設(shè)置，即系統(tǒng)每隔一段時(shí)間進(jìn)行事件設(shè)置并訪問(wèn)事件，最小的時(shí)間間隔為1us。事件的設(shè)置除了在主函數(shù)初始化時(shí)設(shè)置了各層的對(duì)應(yīng)事件，也可在應(yīng)用層相應(yīng)位置加入自己所需要的功能事件。

圖6 Z-stack主函數(shù)流程圖

觀察z-stack協(xié)議，得出結(jié)論，整個(gè)程序在經(jīng)歷了一系列初始化之后，最終進(jìn)入osal_start_system（）函數(shù)，并且在該函數(shù)進(jìn)行輪詢，如果有事件發(fā)生，就調(diào)用處理對(duì)應(yīng)事件的子函數(shù)進(jìn)行處理，如果無(wú)，則繼續(xù)輪詢操作。調(diào)用各層處理函數(shù)，主要依靠數(shù)組tasksEvents[]和函數(shù)指針（tasksArr[idx]）（idx，events）。前者主要用來(lái)讀取并存放相應(yīng)事件，后者則會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)，而數(shù)組tasksArr[]則描述的是各層任務(wù)處理函數(shù)。

工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中通常會(huì)在modbus協(xié)議設(shè)備地址與ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址之間建立映射表，或者modbus協(xié)議設(shè)備地址與ZigBee物理地址建立映射表，這樣的方法只適用于單個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。但是，油田現(xiàn)場(chǎng)相鄰油井距離動(dòng)輒幾千米，而傳感器網(wǎng)絡(luò)再加入功放器件后，距離最大為1.5千米，很明顯獨(dú)立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到達(dá)到目的，而且任何一個(gè)油田所建立的油井?dāng)?shù)量都極其多，于是就出現(xiàn)了根據(jù)MODBUS協(xié)議來(lái)給每個(gè)設(shè)備分配8位設(shè)備地址是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這樣的話，必須使用單個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋單個(gè)油井的方法，再通過(guò)RTU與監(jiān)控室上位機(jī)連接。關(guān)鍵點(diǎn)是要建立傳感器網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)油水井號(hào)之間的地址映射表，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)油氣水井的監(jiān)控。

不同的ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)之間是通過(guò)它們的PanID來(lái)區(qū)分的，一個(gè)PanID對(duì)應(yīng)一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，PanID不同網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通信。PanID是通過(guò)f8wConfig.cfg文件中的DZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置的，范圍 為 0x0000—0x3FFF，通 過(guò) zb_GetDeviceInfo（ZB_INFO_PAN_ID，amp;pan_id）函數(shù)讀取。在控制端建立PanID與油氣水井號(hào)之間的地址映射列表如表1所示。

表1 地址映射列表

上位機(jī)通過(guò)調(diào)用上述地址映射列表找到相應(yīng)油水井所處的網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)PanID號(hào)，并發(fā)送相應(yīng)命令給油井現(xiàn)場(chǎng)主控制器，主控制器按照命令進(jìn)行相應(yīng)控制，并將結(jié)果連同所在PanID反饋給上位機(jī)，上位機(jī)再通過(guò)列表找到對(duì)應(yīng)的油水井并顯示數(shù)據(jù)。

圖7 控制程序流程圖

由于油水井所要控制的設(shè)備較少，現(xiàn)場(chǎng)主控制器接收到命令后，以廣播的方式將命令通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采用modbus協(xié)議封裝。對(duì)具體某設(shè)備的控制判斷，通過(guò)該協(xié)議中包含的設(shè)備地址，在終端設(shè)備中進(jìn)行判斷。不在采用傳統(tǒng)單個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方法（通過(guò)64位物理地址或16位網(wǎng)絡(luò)地址與modbus協(xié)議設(shè)備地址建立地址映射列表，向?qū)?yīng)設(shè)備發(fā)送命令時(shí)要查表找到設(shè)備地址對(duì)應(yīng)的物理地址或網(wǎng)絡(luò)地址，才能發(fā)送命令）。

在系統(tǒng)中由于STM32需要控制很多設(shè)備和芯片，所以將每個(gè)設(shè)備和芯片均按照一定的協(xié)議格式進(jìn)行編號(hào)，方便處理器進(jìn)行調(diào)用，而如果是直接從CC2530的緩存中讀取的話，一旦CC2530緩存內(nèi)容發(fā)生改變或者掉電，則處理器將無(wú)法再對(duì)相應(yīng)的設(shè)備發(fā)送控制指令以及接收到采集數(shù)據(jù)了，在實(shí)際應(yīng)用中，將從CC2530緩存中讀取到的設(shè)備ID號(hào)寫(xiě)入處理器的閃存當(dāng)中，這樣不管CC2530緩存狀態(tài)如何改變，只要選取了一次設(shè)備ID，就可以持續(xù)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集了。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)于CC2530編譯來(lái)說(shuō)，采用的是IAR Embedded Workbench，版本是8.1。在對(duì)芯片進(jìn)行編譯的過(guò)程中需要先把協(xié)議棧安裝到計(jì)算機(jī)上，并對(duì)協(xié)議棧進(jìn)行配置才能下載到芯片。由于采用的是RS485總線技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的，為了保證串行通訊接口都能正常工作，需要對(duì)每個(gè)串口進(jìn)行調(diào)試。首先，利用串口調(diào)試助手將設(shè)定的指令發(fā)送到設(shè)備，然后設(shè)備收到操作指令后完成動(dòng)作，最后將執(zhí)行結(jié)果返回到調(diào)試助手。

對(duì)于搭建ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，本系統(tǒng)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的是星型網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)前面有關(guān)描述，通過(guò)MODBUS協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令是以廣播的方式傳送給終端設(shè)備的。如果是廣播幀則需判斷廣播方向，若是由上層向下層傳遞則繼續(xù)廣播，如果相反由下層向上層傳遞則廣播并上傳信息。設(shè)備接收到控制器傳送過(guò)來(lái)的命令后，首先先對(duì)指令的有效性進(jìn)行判斷，如果指令正確，則執(zhí)行相應(yīng)操作，并將采集到的數(shù)據(jù)利用同樣的通信協(xié)議回傳到控制器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控。實(shí)物測(cè)試如圖8。

5 結(jié) 論

本次研究通過(guò)設(shè)計(jì)電量采集電路以及ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，利用支持IPV4以太網(wǎng)將儀器所得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到工作站服務(wù)器上，從而讓操作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控油田現(xiàn)場(chǎng)油氣水井電參量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，使操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常并排除異常。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)符合要求并能夠有效地采集數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，為油田的現(xiàn)場(chǎng)工作提供了便利。

圖8 系統(tǒng)實(shí)物測(cè)試圖

[1]孫科軍.基于ZigBee及CAN技術(shù)的混凝土泵車數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.

[2]馮尚存，朱天壽.油氣田數(shù)字化管理培訓(xùn)教程[M].西安：石油工業(yè)出版社，2013.

[3]王國(guó)順，“WCDMA手機(jī)終端內(nèi)環(huán)功率控制優(yōu)化”[D].廈門：廈門大學(xué)，2013.

[4]王輝，吳越，章建強(qiáng)，等.智慧城市[M].北京:清華大學(xué)出版社，2010.

[5]周潔，朱文妹，蔣楠.智慧油田的現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J].信息系統(tǒng)工程，2012（10）：100-102.

[6]馮玉敏，張輝，謝文滿，等.智慧油田是油田發(fā)展的未來(lái)[J].信息系統(tǒng)工程，2012（6）：101-103.

[7]馮鑫，黨幼云，向乾，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的電量采集及分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].陜西電力，2014，42（2）:80-84.

[8]賴聯(lián)有.ZigBee協(xié)議分析及其實(shí)現(xiàn)[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，26（1）:47-50.

[9]楊槐，王小平，蔡川.基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備在線監(jiān)管系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（20）:5000-5003.

[10]Akylidiz I，Su W，Sankarasubramaniam.E.Cayrici.A survey on sensor network[J].IEEE Communications Magazine，2012，40（8）:102-114.

[11]侯典坤.基于ARM9和ZigBee嵌入式無(wú)線家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2013.

[12]孫宏，張曦煌.聯(lián)合能量路由和睡眠調(diào)度算法的分析與改進(jìn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，33（1）:115-119.

[13]趙東風(fēng)，丁洪偉，李遠(yuǎn)壯，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教程[M].云南:云南大學(xué)出版社，2011.

[14]尚亞蕾，劉磊.基于FPGA的氣井?dāng)?shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)[J].油氣田地面工程，2013，32（6）:50.

[15]陳敏，王擘，李軍華.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)踐[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

The research on ZigBee power acquisition for oil and water wells

HU Zong?jun1，CAO Xu?dong2，LIANG Hua?qing2，CAO Wei?dong2
（1.Second Oil Production Company of North China Oilfield，Renqiu062550，China；2.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum-Beijing，Beijing102249，China）

In this paper，we design an electric quantity acquisition circuit and use network communication technology supporting IPV4 and ZigBee wireless network technology to transfer real-time data to station server.With these technologies，operators can monitor，collect and analyze electrical parameters of oil gas wells to discover abnormal data and solve the problem in real time.With this system researched，workers in the oil fields will be able to get reliable data collection results and data communication，and attain the goal of high efficiency and low consumption in the oil field operations.

IPV4；ZigBee；real?time monitoring；power acquisition

TN06

A

1674-6236（2017）22-0139-06

2016-09-07稿件編號(hào)：201609058

胡宗軍（1967—），男，山東日照人，碩士研究生。研究方向：油田開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)管理。