基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪，包括传感器模块、与传感器模块相连的无线RF模块、与传感器模块和无线RF模块相连的电源模块，传感器模块包括载荷传感器、加速度传感器，无线RF模块包括主控芯片、与主控芯片相连的信号调理电路、实时时钟电路、通讯接口电路、看门狗电路，载荷传感器和加速度传感器分别与信号调理电路相连接。本实用新型专利技术的结构简单，采用了高测量精度的加速度传感器，可有效的提高精度，降低功耗和成体，采用载荷传感器，可有效提高传感器的适应环境温度，而且有很好的稳定性好防水性，采用的无线RF模块，增强了抗干扰性能又降低了功耗。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪
本技术属于油田自动化测控领域，具体涉及一种基于ZigBee无线传感器网 络的油田示功仪。
技术介绍
油井是油田最小的生产单位，大大小小的油田是由这些成百上千，相距几十米到 几百公里的油井组成。在采油过程中，油井测控装置的功耗和环境适应能力，直接影响测控 装置的使用周期与维护成本，这对及时准确掌握油井的各种参数，了解油井的运行情况，降 低采油的成本至关重要。短距离无线通信技术指通信范围在IOOm线通信技术，主要分为无线电波、光波、 红外线3种方式。目前可用于工业领域的短距离无线通信技术主要有红外数据传输 (IrDA)、无线局域网802.1lb (W1-Fi)、蓝牙(Bluetooth)、无线传感器网络(ZigBee)技术 等。这些技术各有特点和适用范围，针对油田监控网络来说红外线最大缺陷在于它是一种 视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，并且中间不能有阻挡，由于油田监控分布 广，布局复杂，各种设备以及来往人员较多，所以红外技术用于油田监控不可行。而无线局 域网802.1lb(W1-Fi)它的过大功耗对于抛弃了电源线而使用电池供电的无线传感器而言 是个致命的缺陷。并且，对于现场传感器而言，传输参数的数据量很小，根本不需要高速、高 功耗、高成本的技术。蓝牙提供的传输速率依然太高(代价就是能量消耗，是电池更换周期 变短)，没有考虑到传感器采集数据量很小的需求，所以也不是一种可行的技术。传统的油井无线监控系统大多采用集群电台、GPRS/CDMA模式，由于移动通信基站 系统建设费用昂贵，只能覆盖在用户较集中的地方，而许多油田地域偏僻、人烟稀少，导致 无法覆盖或者信号相对较差。由此，结合油田测控网络的实际需要，采用基于ZigBee无线传感器网络技术是各 种技术中的首选。ZigBee是一种新兴的近距离、低成本低功耗的无线网络技术，基于IEEE 802. 15.4标准协议。主要适合用于自动控制和远程控制领域，在数千个微小的传感器之间 相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从 一个网络节点传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种结构简单、成本低、功耗低的基于ZigBee无线传感 器网络的油田示功仪。实现本技术目的的技术方案是一种基于ZigBee无线传感器网络的油田示功 仪，包括传感器模块、与传感器模块相连的无线RF模块、与传感器模块和无线RF模块相连 的电源模块，所述传感器模块包括载荷传感器、加速度传感器，所述无线RF模块包括主控 芯片、与主控芯片相连的信号调理电路、与主控芯片相连的实时时钟电路、与主控芯片相连 的通讯接口电路、与主控芯片相连的看门狗电路，所述载荷传感器和加速度传感器分别与所述信号调理电路相连接。进一步，所述无线RF模块还包括Flash存储器和电源控制电路，所述Flash存储 器、电源控制电路分别与所述主控芯片电连接。进一步，所述通讯接口电路包括RS232接口电路和RS485接口电路。进一步，所述电源模块包括太阳能电池、充电电路、与太阳能电池和充电电路相连 的输入稳压电路、与输入稳压电路输出端相连的充电锂电池电路、与充电锂电池电路相连 的输出稳压电路，所述输出稳压电路分别与所述传感器模块、无线RF模块电连接。进一步，所述电源模块包括与所述充电锂电池电路电连接的电量检测电路。本技术具有积极的效果本技术的结构简单，采用了高测量精度的加速度传感器，可有效的提高精度， 降低功耗和成体，采用载荷传感器，可有效提高传感器的适应环境温度，而且有很好的稳定 性好防水性，采用的无线RF模块，增强了抗干扰性能又降低了功耗。附图说明为了使本技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本技术作进一步详细的说明，其中图1为本技术的电路结构示意图。具体实施方式(实施例1)图1显示了本技术的一种具体实施方式，其中图1为本技术的电路结构 示意图。见图1，一种基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪，包括传感器模块1、与传 感器模块I相连的无线RF模块3、与传感器模块I和无线RF模块3相连的电源模块2，所述 传感器模块I包括载荷传感器11、加速度传感器12，所述无线RF模块3包括主控芯片31、与 主控芯片31相连的信号调理电路32、与主控芯片31相连的实时时钟电路33、与主控芯片 31相连的通讯接口电路34、与主控芯片31相连的看门狗电路35，所述载荷传感器11和加 速度传感器12分别与所述信号调理电路32相连接。本实施例中加速传感器选用ADXL202 双轴加速度传感器，加速度传感器ADXL 202的外围电路设计包括选择信号周期、滤波电容 (决定信号的频带)、分辨率和测量时间，为了消除传感器与微处理器共用电源所来带来的 干扰，本技术作了一些抗干扰的硬件设置，使传感器根据测量要求达到最佳性能，其载 荷传感器经过仪表放大后与无线RF模块相连接，低功耗精密仪用放大器INA122。所述无线RF模块3还包括Flash存储器36和电源控制电路37，所述Flash存储 器36、电源控制电路37分别与所述主控芯片31电连接。所述通讯接口电路34包括RS232接口电路341和RS485接口电路342。为了突出无线传感器网络低功耗的特点，选用了预装ZigBee网络协议栈的 JN5139-Z01-M01模块，这是一款基于第二代无线微控制器的通讯模块，可以使用户在最短 时间内最低成本下实现基于IEEE 802. 15. 4或ZigBee的无线网络系统。该模块减少了用 户对于RF板设计和测试工装的昂贵费用与漫长开发时间，使得整个过程更加简单快捷。尽管ZigBee模块内部已经集成了多达96KB RAM和192KB的R0M，但是要实现示功仪强大的功 图存储能力，仅仅靠ZigBee模块本身的存储器是远远不够的，为了防止示功仪非正常掉电 而导致数据丢失，只有具有掉电保护功能的Flash存储器(33)才能满足要求。选用Atmel 公司的AT45DB642D作为本系统的外部存储器。在20MHz时钟下，AT45DB642D的典型电流 为4mA，因此非常适用于低功耗的ZigBee无线示功仪的设计。为了增加ZigBee无线示功仪 的功能性，加入了美国DALLAS公司推出的高性能、低功耗的实时时钟芯片DS1302，用以记 录无线传感装置的在一定时间的工作状态，考虑到示功仪会有掉电的可能，为了防止掉电 造成时间等信息丢失，将使用一个纽扣电池来配合时钟电路，而时间的校准则通过上位机 无线校对。所述电源模块2包括太阳能电池21、充电电路22、与太阳能电池21和充电电路22 相连的输入稳压电路23、与输入稳压电路23输出端相连的充电锂电池电路24、与充电锂电 池电路24相连的输出稳压电路25，所述输出稳压电路25分别与所述传感器模块1、无线RF 模块3电连接。所述电源模块2包括与所述充电锂电池电路24电连接的电量检测电路26。根据ZigBee无线示功仪主板电源使用情况，需要对可充电锂电池的电压进行变 换，专门供传感器等器件使用。根据低功耗要求，选用德州仪器(TI)生产的TPS780系列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪，包括传感器模块、与传感器模块相连的无线RF模块、与传感器模块和无线RF模块相连的电源模块，其特征在于：所述传感器模块包括载荷传感器、加速度传感器，所述无线RF模块包括主控芯片、与主控芯片相连的信号调理电路、与主控芯片相连的实时时钟电路、与主控芯片相连的通讯接口电路、与主控芯片相连的看门狗电路，所述载荷传感器和加速度传感器分别与所述信号调理电路相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪，包括传感器模块、与传感器模块相连的无线RF模块、与传感器模块和无线RF模块相连的电源模块，其特征在于所述传感器模块包括载荷传感器、加速度传感器，所述无线RF模块包括主控芯片、与主控芯片相连的信号调理电路、与主控芯片相连的实时时钟电路、与主控芯片相连的通讯接口电路、与主控芯片相连的看门狗电路，所述载荷传感器和加速度传感器分别与所述信号调理电路相连接。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线传感器网络的油田示功仪，其特征在于所述无线RF模块还包括Flash存储器和电源控制电路，所述Flash存储器、电源控制电路分别与所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李训铭，宋瑞瑞，黄春海，刘永康，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
国别省市：