基于ZigBee技术的油田示功参数监控系统
3 无线传感器网络建立:
本文充分对比了StarNet、MeshNet和CluterTreeNet各自的优缺点,选用树型无线自组网络(Ad HocNet),采用CSMA-CA方式进行信道存取,各ZigBee传输模块通过多次跳频技术数据传输方式,具有较好的信息隐蔽性、抗多频干扰性和自愈性,并增大网络的覆盖范围。实现对油井示功参数的采集、传输及监控。
树型无线传感器网络中,自终端设备和网络协调器建立后,终端设备被分配一16位短地址,此后终端就用这地址在无限个域网中通信。主协调器首先启动建立ZigBee个域网,选择ZigBee个域网标识符,自身短地址设为0,然后向其邻近设备发送信标,接受其他网络链接,成为第一级网络。与主协调器建立了连接的设备都分配一16位的网络地址。路由器根据其收到的协调器的信标的信息,配置并发送其自己的信标,允许其他设备与其建立连接,形成从设备--数据采集终端的第二级网络。GPRS网络将数据发送至监控中心,形成三级网络的信息数据链路。本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/157760.htm
4 硬件设计
4.1 硬件组成及功能
系统硬件由数据采集传感器、控制器、无线RF收发、存储、电源、GPRS接收、监控中心七个模块组成。传感器模块由载荷传感器、加速度传感器ADX105构成,功能是用来收集油井现场的示功信息;控制器模块为嵌入式系统ARM处理器,功能是进行数据的处理、功耗管理、同步定位、任务管理等操作;无线RF收发模块是由Phipcon公司开发的CC2420RF芯片,功能是与其他RF模块通信,传输油田现场的示功参数和控制信息;存储模块采用Samsung公司生产的NAND型FLASH存储器K9F2808UOC,容量为8~128MB,负责数据存储;电源模块分为两类:一类是高容量锂电池;另一类是变直之后的交流电源(硬件电路如图2所示)。GPRS收发模块A-232/485GPRSDTU负责GPRS通信链路的信息传递,将示功参数送至监控中心;监控中心模块负责数据收集、整理与分析,并反馈控制命令。
4.2 硬件各模块及功能
ZigBee技术支持两种类型的物理设备:全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。油井现场参数采集终端是网络中通信要求最低的部分,结构和功能简单,用电池供电,大多处于睡眠状态,以最大程度地节约电能,数据采集终端的通信模块采用RFD;ZigBee路由器具备数据的存储和收发能力、路由发现能力,从设备的连接、路由表的维护、数据的转发,到维护网络的链路等功能,采用FFD;ZigBee协调器始终处于工作状态,是网络的核心,除完成路由器的功能外,还有制定网络规则,选择合适信道,建立网络并下发地址的功能,采用FFD。
采集终端(电路框图如图3所示),CC2420通过SPI总线连接到ARM芯片的P1.0~P1.7接口。高容量电池作为终端模块的电源,通过LD0低压差线性稳压器AM11 17-3.3为传感器模块、RF模块、MCU/ARM7提供3.3V左右电压。ARM芯片需3.0~3.6V(3.3V±10%),CC2420需2.0~3.6V。电源功率指示灯显示电源电压。声光报警单元对异常情况报警。晶振电路使ARM7与RF模块同步通信。ZigBee路由器模块框图如图4所示。
ZigBee协调器硬件电路在MCU右端接A-232/485GPRS/DTU,电源要求4.5~35V。供电电源采用电源线供电(将220V交流电经过整流、稳压、滤波电路转换成5V直流。ZigBee协调器模块框图如图5所示。
采集终端、路由器和协调器都有FLASH存储器,系统在意外情况下,可海量存储采集到的数据,防止数据丢失。终端和路由器采用锂电池供电,协调器部分采用电源线供电,增强了电源模块的稳定性。
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