油井参数无线传输系统研究与设计

【摘要】为实现油井抽油机参数实时监控，利用zigbee无线短传传输，实现数据的采集、存储、显示控制系统。系统以zigbee模块为核心，前端采用压力传感器、温度传感器、电流传感器进行测量，得到的数据通过zigbee模块以无线局域网的方式输出。接收端为手持设备，通过zigbee模块接收并显示。本系统工作稳定，使用方便，为掌握抽油机生产状况提供极大的帮助。

【关键词】zigbee；无线传输；单片机；传感器

目前油田油井的抽油机数量多且分布比较零散，一些注水，注汽井现场没有电源，没有专人值班。这样测量抽油机的电压、电流、有功功率以及油井口的压力、温度、抽油杆拉力等重要数据的过程就比较繁琐，工人在巡井过程中需要携带传感器到现场安装才可采集到数据，这样工作强度大，且易造成数据误差[1-3]。

本项目为设计一个zigbee系统，通过传感器对油井的内部数据进行测量，由zigbee的强大的发射、接收功能进行数据传输，再由主控制系统对数据进行分析处理。

1.硬件系统构成

1.1 系统组成

本方案有两部分组成，即发射部分和接受部分。其中发射部分由zigbee为核心，将传感器放入油井内部，在规定时间对油井做周期性测量，再将数据传送给CC2430核心芯片进行处理，等待发射。结构框图如图1所示。

接收部分也由CC2430为核心，它可将接收的数据显示到液晶上，也可以通过串口传到上位机，从而监测油田抽油机的工作。此方式可以方面快捷的从油井取出数据，可提高效率。结构框图如图2所示。

系统核心芯片CC2430又称为无线单片机，它将8051单片机和高频电子线路有机地进行集成。内部设置了高频的若干寄存器，将高频的数据处理简化为对寄存器的简单操作处理。即只需要对寄存器的操作，就可以完成无线通信功能。系统由于作为射频发射和接受设备，电路阻抗要一致，所以系统增加电阻匹配网络，以实现更为稳定的数据传输。

1.2 传感器检测

前端拉力传感器、压力传感器、温度传感器都为小信号，且变化很小，如果直接送给控制器处理起来较为困难。所以本设计选用仪表芯片AD620进行信号放大。采用OP07进行进一步放大并送入片内单片机AD转换器，放大电路如图3所示[4-5]。

1.3 电流、电压检测

电流电压使用max472来检测，大电流通过电阻HR2后会存在一个小压差，将这个压差分别送给芯片的RG1、RG2引脚端，则OUT引脚就回产生出对应比例的电压。本系统就是通过这个原理使大电流转化为适合单片机AD检测的电压值。具体电路如图4所示。

2.系统程序

分布对发射部分和接收部分程序设计，发射部分在适当的条件下对抽油机的情况进行检测然后立刻发射出去。接收部分等待接收后便可以显示出数据，以便对抽油机的分析。系统程序框图如图5所示。

3.结束语

本系统将zigbee协议应用于油井数据传输，可以将油田的数据通过无线的方式进行采集，避免了现场安装拆卸传感器的工作，再将数据传回主控设备进行分析处理，这样既保证了数据的准确性也减少工人的工作量。同时构建无线局域网应用于抽油机井参数的检测及控制，打破传统模式是其处理起来更加方便快捷。

参考文献

[1]贺会群，陈炳衡.海洋油井测试系统及国产化研究的思考[J].石油机械，1999，27（10）：50-52.

[2]岑大刚，黄诚献.井下存储式电磁流量计[J].测井技术，1999，23（1）：133-134.

[3]张华鹏.多通道温度压力检测装置的设计与实现[J].洛阳大学学报，2001，16（2）：47-50.

[4]Rrancois Auzerais.油井井下检测新技术[J].国外测井技术，2002，17（2）：40-50.

[5]谢志荣.热电偶冷端软件补偿算法分析[J].江苏理工大学学报（自然科学版），1999，20（6）：79-81.