论文导读：在有移动信号的地方，如果开通了GPRS服务就可以进行数据传输。采集终端采用以AT89C52单片机为核心的数据处理单元。
关键词：GPRS，单片机，数字传感器，AT指令
1、引言众所周知，油井的管理是油田生产中的重要组成部分。油井管理一般包括油井数据采集和油井地上地下设备的维护和维修，而地下设备是否正常工作又通过油井的各项参数表现出来。论文格式。对于油井一般处在偏远地区、分布面积大，因此每天对油井进行参数采集的工作量非常大造成了对人力、物力以及时间的巨大浪费。与发达国家相比，我国石油开采技术水平有一定差距，目前我国的采油井95%以上是机采，大多数数据采集依靠人工完成。虽然已建立了石油管理局一级的管理信息系统(MIS)，但油井现场的数据还不能实现无缝上传，无法实现高效的采油调度管理。
通用分组无线业务GPRS[1]General Packet Radio Service）是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，它允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，需不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
在有移动信号的地方，如果开通了GPRS服务就可以进行数据传输。目前中国移动在山东的信号覆盖面积已经达到100%，结合油田生产数据采集的具体情况如果开发出一套远程数据采集系统，不但节省大量的人力物力，极大的提高数据实时性，为夺油上产提供有力的数据支持。
本文将介绍基于GPRS的油井远程数据采集系统，使油田信息网络向井口扩展，实现油井数据的实时传送和信息网络的无缝链接，逐步形成油田生产管理与监控一体化的信息网络。
2、硬件设计2.1系统总体构成[2]
系统由数据采集终端、无线通信网络、工作站和数据中心构成，数据采集终端和工作站通过中国移动通信的GSM网络进行连接。网络拓扑结构如图1。
数据采集终端安放到井口，对井口温度、压力进行数据采集，并将采集的数据以一定格式通过GPRS模块发送至工作站。采集终端可以在设定的时间向工作站发送采集到的数据，也可以接收工作站发送的指令采集实时数据。工作站由一台连接到Internet并且具有固定IP地址的计算机组成，一般安置在采油队中央控制室。工作站接收终端发送的无线信号进行数据重组，提示工作人员对采集到的数据做出实时分析，发现异常情况以便及时处理。最后通过专用网络传输给数据处理中心。故障主要包括参数越限、非法闯入和设备故障等，系统可根据实际监控过程的需要及监控进程的情况，对运行状态的信息进行分析，给出故障类型、出错位置和出错原因，及时作出报警。数据中心安置在各厂矿的信息处理中心，对各采油队数据完成数据处理后进入石油管理局的信息网络（MIS）。
2.2 数据采集终端[3]
采集终端采用以AT89C52单片机为核心的数据处理单元。温度传感器使用DS18B20数字温度传感器，DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，对AT89C52单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。论文格式。
由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。
压力传感器使用MSP5100系列高性能不锈钢压力传感器，它具有全金属密封结构，可承受一千万次的循环压力。通过了最新的重工业CE认证，包括浪涌保护，以及承受在电源正负极之间的过电压保护，采用5V供电，最高工作温度125℃，可在轻微腐蚀环境下工作，符合井口环境要求。通过整理电路和D/A芯片连接，单片机可从D/A读取到相应的电子数据。
GPRS模块采用了SIMCOM公司的SIM300 GSM/GPRS模块，SIM300内集成了TCP/IP协议，并且支持GSM07.07AT指令和增强AT指令控制。模块为用户提供了功能完备的系统接口，用户只需投入少量的研发费用，在较短的研发周期内，就可集成自己的应用系统。用户的主要工作集中在控制系统方面
采集终端的结构如图2所示：
 
3、软件设计 3.1 单片机程序设计
该程序软件中的所有代码都用C语言编写，在Keil环境中编译，Keil是Keil Software公司为8051及其兼容产品提供的专门开发工具，它支持在系统调试，所有代码调试后经由TI Downloader下载到存储器中。
采集终端控制部分采用了C语言的模块化编程，主要分为温度传感器模块，压力传感器模块以及GPRS模块这三个部分。系统中使用的SIM300模块内部已经嵌入了TCP/IP协议，为了能够实时采集GPRS模块工作在UDP模式中。由于需要采集多个参数，因此必须在GPRS数据包的基础上重新定义新的数据传输协议，图3给出了自定义的数据结构图。
 
3.2 工作站数据接收设计
监控中心的功能是实现GPRS信息的接收和保存，设计语言采用Microsoft公司的Visual C++编程语言，C++语言应用灵活，功能强大，并对网络编程和数据库有强大的支持。
由于通过GPRS中心监控部分可以直接访问互联网，所以监控部分并不需要再设置GPRS模块，中心只需通过中心软件侦听网络，接收GPRS无线模块传来的UDP协议的IP包和发送上位机控制信息，以实现与GPRS终端的IP协议通信。接收到的信息要保存到中心的数据库中，以备查历史记录。数据库采用Access，用VC编制的界面窗口能推动AD（）访问Access中的数据，也可通过Socket接收网络终端信息。论文格式。
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数和例程，程序员可以利用它来开发TCPIP网络上的应用程序，VC中的MFC列提供了CAsyncSocket这样一个套接字类，用它来实现Socket编程非常方便，本设计采用数据报文式的Socket，这是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
CAsyncSocket使用DoCallBack函数来处理MFC消息，一个网络事件发生时，DoCallBack函数按照网络时间类型FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CON-NECT来分别调用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnCon-nect函数，以驱动相应的事件，从而完成网络数据通信。
结束语
本文采用了嵌入TCP/IP的SIM300模块，通过AT98C52的控制完成发送GPRS数据的功能，具有外围电路少，电路简单，系统成本低等优点，通过标准RS232串口和外部控制器连接。
基于GPRS的系统有有一定的缺点，例如，现在的GPRS网还不够稳定，有丢包的现象，上述问题经过精细设计是可以避免和解决的，所以基于GPRS的设计仍具有无可比拟的优势。
参考文献
[1] 文志成. 通用分组无线业务——GPRS[M]. 北京: 电子工业出版社, 2004.
[2] 赵亮, 黎峰.GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J].计算机工程与设计, 2005,26(9): 2552-1554.
[3] Ghribi B, Logrippo L. UnderstandingGPRS: The GSM Packet RadioService[J]. Computer Networks, 2000, 34(5): 763-779.
|
