基于GSM网的油田监控系统的通信模块设计

摘要：石油企业是一个多学科、多专业相互配合、相互渗透、协同攻关的知识、技术密集型企业，随着信息化技术的不断提高，石油企业发展到了离开信息系统无法生存的地步。国际石油公司经过多年的探索与实践，企业信息化应用己十分成熟，石油勘探开发信息技术应用不断推陈出新。本文主要以解决石油行业中抽油机工作过程中的信息采集、通信等方面为对象加以考虑，并设计一些模块来实现。

关键词：GSM 通信 监控

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0027-02

在我国，石油企业一直面临着这样的矛盾：一方面，通信技术不断地取得新的突破，光纤通信、千兆以太网、无线局域网、蓝牙技术等新概念层出不穷，它们在各个领域内取得了一个又一个的成功；另一方面，石油企业迫切需要将分布在工作现场的大量仪表设备数据通过有效的途径传输至企业主控计算机，而主控计算机又可以通过数据分析结果对现场设备进行相应的远程控制，然而，石油企业自身存在着仪器设备工作环境恶劣，布线难度大，开发新系统投入成本过高等缺点在很大程度上制约了这些新兴技术在油田现场数据采集领域的应用。

1 前言

抽油机的种类很多，各种相关技术发明有数百种。在众多的分类方式中，按照采油方式来分是最常用的分类方法，按照这种分类方式把抽油机分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类和旋转运动类，国内外大量使用的游梁式抽油机就属于往复运动类抽油设备；无杆类采油设备又可分为电动液压驱动类、潜油离心泵和气举采油设备。

抽油机在运行过程中需要对相关的参数进行测量、监控，诸如：压力、柜开关、继电器等，具体的结构框图如图1所示。方案中，单片机依然是处理来自各个引脚的信息，并将处理完的信息以某些状态进行显示，同时，为了保证芯片的正常工作，供电系统也是必不可少的部分，当然，在必要的时候可以将该系统下的供电系统与检测系统中的供电系统合二为一。

2 温度检测

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种数字化单总线器件。属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，用符号扩展的16位数字方式串行输出，大大提高了系统的抗干扰性。因此，数字化单总线器件DS18B20适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS18B20都有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。

3 抽油机远送系统硬件设计

3.1 SIM电路

IM卡是客户识别模块的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡，GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。它在一电脑芯片上存储了数字移动电话客户的信息，加密的密钥以及用户的电话簿等内容，可供GSM网络客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。

3.2 TC35I电路

国内已开始使用的支持SMS的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecom的WMO2系列、Siemens的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等。其中SiemensTC35系列的TC35I模块以体积小巧、功耗低，便于集成等特点成为目前比较流行的一个SMS模块。TC35I设计紧凑，与GSM2/2+兼容，集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息提供陕速、可靠的传输。

4 抽油机远送系统软件设计

4.1 软件设计

抽油机运行测控及远送系统在设计的时候主要侧重考虑如何准确地检测到参量在运行过程中的状态，以及如何及时地将数据发送出去，同时，MCU单元可以根据所反馈回来的信息判断下一步该如何动作。

因此，在进行设计的时候，考虑了诸多因素之后将其软件设计部分的流

程图总结为图2所示。

其中：读信息的作用是判断信息的动作对象，并根据信息中所反映出的结果进行下一步操作。

4.2 差错控制技术

一般来说，降低信道传输误码率的方法大致有两种，一是改善信道质量，降低信道自身误码率；二是采取一定的差错控制传输技术来降低因信道误码引起的传输错误。在实际使用中，信道质量的改善可能不切实际，因此采用差错控制的方法来解决信道传输误码是一个好的选择。差错控制方式基本上分为两类，一类称为检错重发，另一类称为前向纠错，如图3所示。在这两类基础上又派生出一种称为混合纠错。

4.3 数据传输协议工作过程

在一次数据传输过程中，可以分为三个阶段：请求传输阶段，数据传输阶段和结束传输阶段。在不同的阶段，发送方和接收方依据数据传输协议完成不同的操作，实现数据的正确传送。本文中无线传输模块，既可以作为发送方，又可以作为接收方，是混合型终端。规定在一次数据传送过程中，主动要求发送数据的一方为主叫方，被动接收数据的一方为被叫方。当有数据需要发送时，无线模块转入主叫状态，在成功的向被叫方实现请求传输后，开始数据的传输。数据全部传输完，就进入结束传输阶段，完成整个数传过程。

5 结语

本文属于交叉学科，将GSM无线通信技术、单片机技术、监控技术等相结合应用于油田抽油机的无线通信监控领域。本文的创新点为：运用多学科的知识与成果，结合油田实际需求，自主设计一种抽油机无线监控系统。该系统的设计完成可以解决现有系统的成本高、检测不及时等缺点，做到低成本、安装简单、维护容易等，将此技术进一步推广至其他油田的话，可以大大推进油田的数字化进程。

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