ZigBee技术在油田数据采集系统及无线下载技术的应用研究

发布时间：2017-10-27 12:28

  本文关键词：ZigBee技术在油田数据采集系统及无线下载技术的应用研究

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【摘要】：我国有着十分丰富的油田资源,但由于油田特殊的地理环境以及油井之间间隔远近不一,导致了油田现场的通讯设备分布散乱,从而增加了现场施工和维护人员的工作难度,也大大提高了采油成本。另外,油田现场安装有大量的仪表传感器,当仪表传感器的程序需要更新时,需要将仪表拆卸,下载完程序后再安装,这样不仅仪表的密封性无法保证而且也增大了维护成本,导致油田数据采集系统的建设费用较高,不利于油田的信息化建设和现场抽油机的管理。本文针对以上存在的问题,提出并设计了油田数据采集系统,该系统是一种基于WSN(无线传感器网络)的油田无线采集系统,不但具备远程终端数据自动采集和无线传输功能,而且能够用来实现油田的远程监控,在无线采集的基础上又利用MSP430单片机的存储机制和ZigBee技术相结合,实现了仪表传感器程序的无线下载功能,不但降低了采油成本,也提高了生产效率。通过对油田数据采集系统进行分析,本文引入了基于IEEE802.15.4(一种专门用于低速率无线个人局域网的协议)标准的ZigBee短距离通讯技术,并且采用了传感器的无线组网与数据传输的方式,实现了多台传感器设备数据的无线采集与传输功能。通过对无线网络中的所有ZigBee节点组网的过程的描述,分析了不同类型的节点设备的特点及其加入网络的方式,不仅研究了ZigBee网络的协议栈和拓扑结构,并在此基础上完成了传感器与RTU之间的通讯协议。本文中的数据采集系统采用MSP430F149单片机、ZigBee模块和多种传感器以及其它器件搭建采集节点、网关节点和手操器设备,油田现场传感器和RTU之间利用ZigBee网络和专门软件来实现仪表传感器的参数配置、命令发送来完成数据采集和传输,并且RTU在通过GPRS网络或者光纤直接将数据发送到监控室,就能够实现远程监控的功能。本课题相比传统的油田数据采集系统具有如下两大特点：一是将ZigBee技术应用到了油田数据采集系统中,将有线仪表改造成无线,节约了现场布线的成本；二是利用ZigBee技术和单片机的存储机制实现了仪表传感器程序现场的无线下载功能,在此基础上又着重探讨研究了无线下载过程中的安全性与可靠性,采用了加密芯片来保证无线传输过程中的安全性。
【关键词】：数据采集 ZigBee 无线下载 MSP430 加密芯片
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE938
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外现状12-13
• 1.3 论文的主要工作13-14
• 1.4 本文各章节安排14-17
• 第二章 无线传感器网络研究17-29
• 2.1 常用的短距离无线通信技术17-19
• 2.1.1 Wi-Fi技术17
• 2.1.2 蓝牙技术17-18
• 2.1.3 ZigBee技术18
• 2.1.4 ZigBee技术应用在油田无线数据采集系统中的优势18-19
• 2.2 ZigBee技术简介19-21
• 2.2.1 ZigBee技术概述19-20
• 2.2.2 ZigBee协议体系结构20-21
• 2.3 ZigBee的设备类型和网络拓扑结构21-23
• 2.3.1 设备分类21-22
• 2.3.2 ZigBee网络拓扑结构22-23
• 2.4 ZigBee技术的安全体系23-27
• 2.4.1 ZigBee协议栈的安全架构23-26
• 2.4.2 信任中心角色26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 基于ZigBee的油田数据采集系统架构29-39
• 3.1 基于ZigBee的油田数据采集系统设计背景29
• 3.2 系统的需求分29-30
• 3.3 系统的总体设计方案30-31
• 3.4 系统的通讯协议31-36
• 3.4.1 多对一通讯的机制32
• 3.4.2 数据帧基本格式32-33
• 3.4.3 仪表仪表传感器与RTU通信过程描述33-36
• 3.5 系统报警功能设计36-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第四章 数据采集系统的硬件和下载软件的设计39-49
• 4.1 传感器采集终端的设计39-45
• 4.1.1 采集终端微处理器简介39-40
• 4.1.2 时钟模块的设计40-41
• 4.1.3 复位电路的设计41
• 4.1.4 A/D模块的设计41-42
• 4.1.5 AT88SA102S加密芯片接口的设计42
• 4.1.6 射频通信模块设计42-45
• 4.2 远程终端控制单元RUT介绍45
• 4.3 仪表远程下载软件设计45-48
• 4.3.1 软件功能模块组成45-47
• 4.3.2 软件工作流程47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 基于ZigBee的无线下载技术的设计方案及安全可靠性研究49-67
• 5.1 无线下载技术的设计背景49
• 5.2 油田现场仪表程序下载更新的三种方式49-50
• 5.3 无线下载技术的设计方案50-58
• 5.3.1 MSP430单片机的存储原理和无线下载机制50-51
• 5.3.2 xcl文件解析51-52
• 5.3.3 监控程序和应用程序地址的分配52-53
• 5.3.4 应用程序升级通信路径53-54
• 5.3.5 无线下载具体实现过程54-58
• 5.4 无线下载的可靠性设计58-62
• 5.4.1 能量检测机制58-59
• 5.4.2 最优数据包发送速率实验59-61
• 5.4.3 程序机制61-62
• 5.5 无线下载的安全性设计62-65
• 5.5.1 基于AES的安全机制62-63
• 5.5.2 硬件加密机制的设计63-65
• 5.6 本章小结65-67
• 第六章 采集系统的调试及实现67-73
• 6.1 系统开发平台与调试工具67-69
• 6.2 系统实现过程69-72
• 6.3 本章小结72-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 总结73
• 7.2 未来展望73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-81
• 附录A (攻读硕士学位期间科研成果)81

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1 刘力强;马瑾;雷兴林;;多通道、高速声发射数据采集系统[A];第四届全国构造物理、第二届全国高温高压联合学术讨论会论文摘要[C];1989年

2 严宗睿;陆勤夫;陈勇;;基于智能设备的海军演习数据采集系统[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集（下册）[C];2009年

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1 王志田邋通讯员 唐皖君;数据采集系统在大庆采八全面启用[N];中国石油报;2007年

2 记者 郑欣;福建移动 水文数据采集系统服务防旱[N];人民邮电;2009年

3 鲁总;山东总队启用农价手持数据采集系统[N];中国信息报;2012年

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5 王s，

本文编号：1103505