基于ZigBee的压力传感器在线校准系统技术方案

本发明专利技术公布了一种基于ZigBee的压力传感器在线校准系统。涉及油田中传感器使用后的在线校准检测领域。系统主要包含三个方面的内容，分别是下位机的数据采集、上位机的数据处理以及安卓APP的数据实时显示与报警。数据处理时用户可以根据实际的要求来设置APP报警的阈值，当传输的数据高于阈值时，用户会接收到报警提示，然后再进行数据处理。这种在线校准方法首先是将高精度传感器和其他传感器的数据进行对比后，对误差偏离较大的传感器进行锁定，接下来进行数据融合处理，根据其他传感器的数据将待校准的传感器与锁定的传感器进行校准，这样确保了传感器数据采集以及计算融合结果时压力数值的真实可靠性，同时提高了传感器校准的精度。器校准的精度。器校准的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于ZigBee的压力传感器在线校准系统


[0001]本专利技术涉及油田等压力传感器在使用一段时间后的校准检测，属于在线检测领域，具体是一种基于ZigBee的压力传感器在线校准系统。

技术介绍

[0002]石油对一个国家的发展起到至关重要的作应，在保障石油顺利开采的过程中会用到大量的压力传感器，以此来检测管道的压力值，以免发生意外事故。但是传感器在使用一段时间后会因各种因素的影响，其测量偏差变大导致测量精度的降低，这就需要对其进行校准。就目前而言，所使用的传感器校准技术是不够完善的，尤其是在线校准方面需要进一步提高，不论是对传感器数据的采集与传输还是数据的处理都存在数值准确度不高的问题。
[0003]目前，传统校准方法发展的相对成熟，但是在进行校准时无法将多个传感器数据同时进行传输，仅仅是将某个压力传感器与高精度的传感器的输出数值进行比较，而且校准前需要是将传感器进行拆卸后再送到检验计量机构中，这样做不仅使用成本高而且无法快速的对多个传感器进行校准标定，费时费力。
[0004]近年来，无线传感器网络逐步开始应用到各个领域，人们也越来越注重于对无线传感网络的研究，本系统是通过ZigBee技术来对压力传感器进行无线组网设计，在进行校准时就不需要将传感器进行拆卸，系统设计成果可以应用于环境比较恶劣的野外在降低成本的同时提高校准效率。但是，在线校准技术并没有广泛应用，因为在进行校准时会产生一定程度的过程误差，影响其数据的真实性，因此尽可能的减小此误差是研究在线校准的一个重要方面。
[0005]专利CN 110208158A公开了一种车辆环境检测传感器在线校准方法及系统，该系统可以利用远程服务器对对车辆上环境监测传感器采集到的环境数据进行校准模型建立与调整，从而修正环境监测传感器的测量偏差。但是此系统仅仅运用多个相同精度的传感器获取压力值，存在获取的压力值精度不高与运算的决策值可靠性低的不足，从而导致校准后的结果精度偏低。
[0006]专利CN 112750292 A公布了一种基于ZigBee的无线分布式多信息融合监测系统，该安全监测预警系统能够使用户及时了解桥梁、井架等基建设施的实时安全运行状态，可提高工程的安全检测效率，可靠性高、普适性强。就数据采集方面而言与上述专利的不足是相同的，在进行检测时运用的是同类型的传感器，使得检测的现场数据不够可靠，从而导致信息融合时融合结果偏差较大。
[0007]专利CN 105938133 A公开了一种无线气体传感器在线校准方法及系统，主要解决了气体传感器在线检测过程中因长期漂移和其他问题引起的不稳定问题，提供了一种传感器非更换的在线校准方法，提高了农产品冷鲜物流气体浓度检测效率。但是该系统采用分布式气体传感器的数据采集与组网通讯方式，此连接方式比较复杂，会对获取的数值产生一定的过程误差从而使数据偏离真实值，使得在线校准方法所计算出的校准值精度不高。
[0008]专利CN206095281 U公开了一种温度压力一体传感器在线校准装置，该装置解决了当前管道已安装的该类型传感器无法校准的问题。但是此装置的智能化程度偏低，在发展迅速当前环境中不足以被广泛应用，因此需要在此结构基础上进行改进设计。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于ZigBee的压力传感器在线校准系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于ZigBee的压力传感器在线校准系统及方法，系统主要包含三个方面的内容，分别是下位机的数据采集、上位机的数据处理以及安卓APP的数据实时显示与报警。首先，选择多个同类型同型号的压力传感器以及一个同类型的高精度传感器来负责采集压力值，然后再选择温湿度传感器来负责采集压力传感器的环境状况，运用ZigBee技术中的无线组网将各个传感器1
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1与终端节点设备1
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2进行连接，构成数据采集前端；其次，前端设备采集到的数据会通过无线传输传递给协调器1
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3，协调器通过串口与WIFI模块1
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4相连，实现将数据通过WIFI模块传到上位机1
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5与手机APP1
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6上；最后，比较手机APP显示的数值，当用户接收到报警提示时，及时通知相关部门进行检测，可以在事先设计好的上位机界面上进行数据处理，进行完数据校准后再将校准值返回到数据采集前端，这时刷新手机界面，假如此时手机APP所接收的数据在设置的阈值范围内，无报警提示校准完成。特别的，这种添加了高精度传感器的多传感器在线校准系统在减少了人力物力使用的同时也提高校准精度，大大提高了检测效率。
[0011]所述的在线校准系统，是具有前端数据采集和后端数据处理与显示的功能。在ZigBee组网的终端设备上所连接的传感器分别是扩散硅压力传感器与温湿度传感器。压力传感器负责采集油井管道的压力值，温度作为影响压力传感器最主要的因素可以被温湿度传感器实时检测，以防止温度过高而对传感器造成损坏。压力传感器在补偿温度范围内时，0℃～60、
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10℃～70℃参考 30℃；
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20℃～85℃参考 32.5℃。在经过无线传输后数据会在上位机中进行处理，手机APP都会以折线图的形式显示采集到的数值与处理后的数值。需要指出的是，在进行数据处理时，本专利技术所处理的数据为综合因素影响后的压力数值，单独进行温度检测是因为温度范围发生变化过大时，会对压力传感器芯体产生重要影响，严重时易损坏传感器。
[0012]所述的在线校准系统，在线校准系统组网部分是由终端节点与协调器两部分组成的。运用ZigBee技术进行通信传输时是由ZigBee模块的外围电路包括射频FIFO匹配电路、定时器以及CPU接口电路三部分组成的。ZigBee模块中的无线传感器节点负责采集模拟信号，通过滤波、A/D转换、平滑滤波后转换成数字信号。与协调器连接的终端节点模块有网状、星型、总线型三种拓扑结构。星型拓扑结构的组成非常简单，从而简化了模块的搭建与使用，但是这种结构最大的问题是协调器损坏时系统就不能正常工作，所以在使用此种组网结构时要保证协调器部分的正常运行。如果连接复杂，虽然避免了上述的部分问题，但是所连接的各个环节以及连接各个环节的导线都有可能对传输的数据造成一定程度的误差影响，也会导致后续处理时校准输出值无法达到较高的精度。针对此问题，来选择采用最简洁的组网方法，所以就运用ZigBee模块的星型结构的组网方式，在减少模块使用的同时也减少了各种线路的搭建，最大程度的确保了数据的准确性。
[0013]所述的在线校准系统，本专利技术从数据采集到处理分析，然后绘制成用户容易读懂的图表，最终将图表显示在手机APP界面上，这是一个完整的在线校准系统。基于Java语言编写的安卓APP对获得的硬件数据进行处理、辨识并制成折线图。软件整体结构设计的菜单导航栏6
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10分为学习6
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110、设备6
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120以及我的6...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于ZigBee的压力传感器在线校准系统，其特征在于：包含三个方面的内容，分别是下位机的数据采集、上位机的数据处理以及安卓APP的数据实时显示与报警，首先将温湿度传感器与多个压力传感器（1
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1）连接到组网中，组网部分是由CC2530终端节点模块（1
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2）和CC2530协调器（1
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3）两部分组成，该系统采用传感器的自动组网技术，所使用的拓扑结构为星型结构，并以协调器作为整个组网系统的中心，通过WIFI模块（1
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4）进行数据传输，运用计算机将使用的算法编写成程序并设计一个数据接收界面在上位机中（1
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5）显示，以便进行后续的数据处理，使用基于Android开发运用java语言来编写安卓APP代码，用户可以下载登录APP（1
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6）并连接上位机发出的信号，待连接成功后，会以折线图的形式实时显示各个压力传感器的信息状况。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的压力传感器在线校准系统，其特征在于：ZigBee的组网是运用CC2530开发板、IAR硬件开发环境以及Z
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Stack协议栈作为开发平台，使用CC2530+Z
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Stack的相关功能来设计的，使用星状拓扑结构来设计，使组网部分只有协调器和终端节点两种设备，会让采集前端比较简洁，可以根据所检测到的传感器数量来加入终端节点模块，扩大了其使用范围，这种拓扑结构以协调器作为整个组网系统的中心，组网系统中所有的终端节点都将采集到的数据发给协调器，之后再通过WIFI模块进行数据传输。3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的压力传感器在线校准系统，其特征在于：本系统所设置多个同类型同型号的压力传感器其中也包括一个同类型的高精度压力传感器，设置温湿度传感器是用来采集压力传感器工作时的环境温度，将它们与组网的终端节点设备进行连接，校准系统使用到的高精度压力传感器，它的精度至少比普通压力传感器高出一到两个等级，使用这种布置方式能在进行数据处理时更加精确的检测出此时刻现场的压力数值，首先，将接收到的高精度传感器与普通传感器的数值进行对比分析，当其中一个传感器的数值曲线偏离高精度传感器数值曲线一定范围时就需要对此传感器进行校准标定，比较分析后再将剩下的传感器数据进行融合计算，所计算出来的数值会更加符合实际情况。4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的压力传感器在线校准系统，其特征在于：在接收数据的上位机中进行数据处理，数据处理系统的总体设计流程如下：（1）上位机与安卓APP同时接收协调器发送的数据，在进行数据处理时首先将每个传感器的数值与高精度传感器的数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄须叶，李新硕，李平华，张佳宁，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：