基于GSM短消息的分布式油井生产监控系统

JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)　Sep12006,Vol13No13

Sci&EngV

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基于GSM短消息的分布式油井生产监控系统

　　吴　磊,胡　杰　(长江大学计算机科学学院,

湖北荆州434023)

[摘要]设计了一种基于GSM短消息业务的分布式油井生产监控系统,给出了硬件结构框图,并根据实际

的需要,设计了一种单片机的串口扩展电路,给出了串口通信程序的流程图。该系统可直接应用于油井比较分散的采油生产企业,将大大加强作业过程的实时管理及监制,增加了数据的准确性,实现了企业监控管理的自动化和信息化。

[关键词]GSM短消息;数据集中器;串口扩展;监控系统[中图分类号]TP36811

[文献标识码]A　　[文章编号]1673

1409(2006)03

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油田的采油矿场通常由多口油井、计量间、管汇阀组、转油站、联合站、原油外输系统、油罐及油田的其他分散设施组成,整个采油矿场各种设施的工作状况及采出油品的数据(主要有温度、压力、流量等)将直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里,这种方式必然使工人劳动强度加重,并且影响了设备监控与采油数据的实时性,甚至准确性。所以油场的自动化、信息化就显得极为突出。

GSM网是目前国内覆盖范围最广、应用最普遍的无线通信网络。短消息业务(SMS)是通过GSM网的控制信道传输用户分组信息的一种增值服务,经短消息业务中心完成存储和前转功能,每个短消息的信息量限制为140个字节(7比特编码,160个字符)[1],特别适合单个业务数据量不大但数据采集点多的远程数据采集系统。而油井的各项数据一般不超过一条短消息的容量,其中最大的交换数据———示功图也不过160个字符(测量周期100ms,冲程周期6～7s),因此利用GSM短信息方式传输油井的各项数据完全可以满足要求。为此,笔者提出一种基于GSM短消息业务实现油井数据传送和远程实时控制的解决方案。

1　系统组成及其功能

该系统采用由单台工业控制计算机(监控服务器)和多监控终端并行运行的方案,系统组成结构框图见图1[2]。其中,油井监控终端由传感器、数据集中器和GSM通信模块组成。传感器实时采集油井抽油机的相关数据(包括示功图、电流图及油压、套压和载荷等),经A/D转换后交由数据集中器进行处理、编码。数据集中器以AT89C51为核心,其主要功能是负责油井抽油机数据的计算、存储和显示;控制短消息的双向通信,根据设定的需要把现场油井抽油机的工作状况等相关数据提交给控制中心监控服务器,接收油井控制中心的操作指令完成相应的控制操作。短消息模块由Siemens公司的TC35i及外围电路构成,负责短消息的发送和接收。控制中心由GSM通信模块和监控服务器组成,监控服务器负责对油井终端发送来的数据进行统计和分类保存以供管理人员查询、分析。工作人员也可以根据需要通过监控服务器以短信息的方式向终端发送控制命令,控制抽油机的运行和获取抽油机的工作状况。

图1　系统组成结构框图

　[收稿日期]20060615

　[作者简介]吴磊(1979),男,2001年大学毕业,助教,现主要从事计算机硬件方面的教学与研究工作。

70　长江大学学报(自科版)2006年9月

2　主要功能模块的设计

211　数据集中器

数据集中器安装于油井作业现场,以单片机为核心,通过GSM模块与油井控制中心应用服务器进行数据的双向通信。数据集中器包括掉电保护、人机对话、串口扩展及RS485总线接口等几大功能模块,结构框图见图2。

图2　数据集中器结构框图

1)单片机　采用AT89C51作为整个系统的核心控制部分,通过扩展的串口和GSM模块进行通信,控制短消息的发送和接收;通过RS485接口和传感器模块及井口控制模块通信,完成数据的采集、处理,并正确响应控制中心发送的每一个控制命令。

2)掉电保护模块　为了防止终端掉电后原有数据的丢失,需要在掉电时将原来的数据保存下来。本系统采用一个带有EEPROM的时钟控制芯片来完成这一功能,在系统掉电时自动将数据写入EEP2ROM,该EEPROM可重复擦写5万次,足以满足系统的需求。3)人机对话模块　为了便于现场安装、调试和校正数据采集系统,需要设计人机对话接口,本系统设计了一个复用式的输入/显示模块,巧妙地将复位、LED显示和数据校正等功能集成在了一起。

4)串口扩展模块[3]　用于扩展单片机的串口。由于AT89C51只有一个串口,而本系统中的GSM模块和传感器及控制终端都需要通过串口与单片机通信,故需对单片的串口进行扩展。本系统采用SP2328扩展串口。SP2328是成都视普科技公司生产的专用串口扩展芯片,共有4个UART串口,包括一个母串口和3个子串口,所有串口允许同时接收、发送串行数据,能将普通单片机的一个串口扩展为3个串口。SP2328与AT89C51的接口电路见图3。

图3　串口扩展接口图

SP2328通电后能自动进入工作状态,不需要用程序设置,串口程序的编写比较简单方便。单片机

第3卷第3期吴磊等:基于GSM短消息的分布式油井生产监控系统　71

的多串口通信程序流程见图4。

图4　多串口通信程序流程图

5)RS485总线接口模块　用于将井口各智能传感器和控制终端连接成一个可控的通信网络。本系统使用TI公司的SN75LBC184实现RS232/RS485的转换。SN75LBC184片内集成有高能量的瞬变干扰保护装置,能显著提高防止雷电损坏器件的能力,对一些环境比较恶劣的现场,可直接与传输线相接

而不需要任何外加保护元件。212　GSM模块

短消息模块由Siemens公司的GSM模块TC35i及外围电路构成[4]。TC35i有40个引脚,通过40芯ZIF连接到电路板的蜂窝应用部分,ZIF连接器提供控制数据、音频信号和电源输入线的应用接口。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线,实现电源的连接及指令、数据、语音和控制信号的双向传输。

TC35i支持标准的V135terAT命令集和GSM07105短消息AT命令集,短消息支持PDU和Txet模式。用于短消息的AT命令语法简单,使用方便,通过TC35i模块提供的RS2232数据口,89C51可方便地向TC35i发送AT命令,完成GSM模块的初始化及控制短消息的发送和接收。

3　结　　语

笔者设计的基于GSM短消息业务的分布式油井生产监控系统,充分利用了现有GSM网络的覆盖面广、可靠性高、费用低、保密性好等优势,可直接应用于油井比较分散的采油生产企业。此种方式运用于石油企业,将大大加强作业过程的实时管理及控制,适合推广应用。

[参考文献]

[1]张静1GSM网络短消息吞吐量分析[J]1电信技术,2000,(9):26～291

[2]陈雷1GSM短消息系统在远程数据采集中的应用[J]1中国数据通信,2003,(3):58～611[3]房鹰1SP2328串口扩展专用芯片及其与单片机的接口电路[J]1电子设计应用,2003,(6):56～571[4]宣彩平1利用GSM无线模块发送短消息[J]1计算机应用,2004,24(5):148～1501

[编辑]　易国华

WANGHong2wei　(YangtzeUniversity,Jingzhou434023)LIUYu　(CentralChinaNormalUniversity,Wuhan430079)

Abstract:EventinteractionusedinAuthorwareisintroduced,adynamicpop2upmenumadewithFlashisusedinAuthorware,theparametersofitemsinmenuandeffectofcolorcanbechangedbymodifyingmenu2relatedXMLdocument,thustheaccomplishedprogramcanbeconvenientlytrans2plantedintootherprograms,theefficiencyofcoursewareexecutioncanbeimprovedgreatlyforahighervalueofapplication1

Keywords:Authorware;Flash;programdesign;XMLdocument;coursewaredevelopment60ResearchandImplementationofAnExtendedRole2basedAccessControlModel

FANYin2ting,WANGChun2qing,ZHOUDe2xiang　(HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007)

Abstract:Inconsiderationofthedrawbacksofatraditionalmodelofrole2basedaccesscontrol(RBAC),therolepermissionandhierarchiesareanalyzed1Amodel,ERABCforimprovingrole2basedaccesscontrolisproposed1Applicationexampledemonstratesthatrolesarelessinthenewmodelthanthatoftraditionaloneincharacterizingthesamerolerelation,whichismoresimplifiedandvisualizedthanthatoftraditionalmodel,andsuitableformanagementandinformationsystem1Keywords:safetymanagementcontrol;role;accesscontrol;controlmodel;Permission

63InfraredTargetDetectionbyUsingMathematicandMorphologicPyramidDualbandFusion

SUNYu2qiu　(YangtzeUniversity,Jingzhou434023;KeyLaboratoryofImageProcessandIntelligenceControl(MinisterofEd2

ucation),HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074)

TIANJin2wen,LIUJian　(KeyLaboratoryofImageProcessandIntelligenceControl(MinisterofEducation),HuazhongUni2

versityofScienceandTechnology,Wuhan430074)

Abstract:Inordertoimprovetheperformanceoftargetdetection,anovelapproachisproposedtodetecttargetsbyusingmathematicandmorphologicpyramidfusiondualbandinfraredimagesonthebasisofanalyzingmathematicandmorphologicoperations1Firstly,mid2waveandlong2waveinfraredimagesaredecomposedintomorphologicalpyramidsrespectively,andfeaturesareextractedincorre2spondinglevel1Thenfusionrulesandmergeimagesaresetupatdifferentlevelsforreconstructingo2riginalimage1Infusedimage,targetcanbedetectedbythreshold1Theexperimentalresultsshowthatthemethodissuperiortothatofsingle2wavetargetdetection1

Keywords:dualbandinfraredimage;fusion;targetdetection;mathematicandmorphologicpyramid69ADistributedOil2wellProductionMonitoringSystemBasedonGSMShortMessageService

(SMS)

WULei,HUJie　(YangtzeUniversity,Jingzhou434023)

Abstract:Adistributedoil2wellproductionmonitoringsystemisdesignedbasedonGSMshortmes2sageservice(SMS),astructuraldiagramofhardwareisalsoprovided1Inlightofacturaldemands,anexpandedcircuitforserial2portsusedforsingle2chipcomputersisdesignedandaflowchartforser2ial2portcommunicationprogramisprovided1Thesystemcanbeusedinoilproductionplantswithoilwellsrelativelyseparatedinoilfields,bywhichreal2timemanagementanddetectionaregreatlystrengthenedinoperation,dataprecisionisenhancedandtheautomatizationandinformationprocessandtransferinenterprisemanagementareimplemented1

Keywords:GSMshortmessage;datacollector;serial2portexpansion;monitoringsystem72OnNetworkSafetyStrategy

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