基于GPRS 的油田計(jì)量采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
隨著無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的發(fā)展，GPRS 作為一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)
據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間為用戶提供一種高速無線IP 服務(wù)。
基于GPRS 的油田計(jì)量采集控制系統(tǒng)是針對(duì)采油廠的舊采油計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行的整體升級(jí)改造。
新系統(tǒng)的通訊方式改成GPRS，現(xiàn)場(chǎng)終端采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)通過GPRS 進(jìn)入Internet，主機(jī)直接連
接Internet，接收由Internet 傳送來數(shù)據(jù)；主機(jī)可根據(jù)生產(chǎn)需要制定每口油井的計(jì)量周期、計(jì)
量頻率，定期下發(fā)給終端；終端按照主機(jī)發(fā)來的命令自動(dòng)安排計(jì)量間內(nèi)各油井的計(jì)量頻率和計(jì)量
周期，自動(dòng)采集油斗數(shù)、水量等參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)暫存，全部采集完成后定時(shí)向Internet
傳輸，由于終端自動(dòng)安排油井計(jì)量順序，避免了因通訊不暢而造成的個(gè)別油井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)量不到的情
況；終端設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)切換開關(guān)，特殊情況下可人工計(jì)量；計(jì)量完成后，將閥位控制到最適當(dāng)
開度，倒井電機(jī)動(dòng)作頻率低、幅度小，避免翻斗頻繁翻轉(zhuǎn)，提高翻斗和倒井電機(jī)的使用壽命；主
機(jī)能夠?qū)⒚刻觳杉降臄?shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；終端采用20*15 漢字液晶顯示器單屏顯示數(shù)據(jù)，直觀方
便。
本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、GPRS 傳輸和主機(jī)三部分組成。數(shù)據(jù)采集功能是由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的，
即在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、傳輸、顯示、存儲(chǔ)等操作，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)
換成數(shù)字信號(hào)，定時(shí)通過GPRS 模塊進(jìn)入Internet。通過接入Internet 的主機(jī)可以接收到現(xiàn)場(chǎng)
終端采集到的數(shù)據(jù)。主機(jī)部分的數(shù)據(jù)接收管理軟件用組態(tài)王開發(fā)。
2 采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要由供電電源電路、信號(hào)采集電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、GPRS 模塊、液晶顯示器、主
機(jī)組成。該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理如圖1 所示。

2.1 水量信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)


水量信號(hào)采集電路如圖2 所示，該電路可以采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電壓信號(hào)（1V-5V）和電流
信號(hào)（4mA-20mA）。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)變送器送來1V-5V 電壓信號(hào)，經(jīng)過分壓電阻送入DG508 芯片。
對(duì)于送來的電流信號(hào)首先將其轉(zhuǎn)換成1V-5V 電壓信號(hào)。在信號(hào)的輸入端用高精度的250 歐姆
的電阻把4mA-20mA 電流信號(hào)變成電壓信號(hào)，用單片機(jī)控制MOS 管的通斷來進(jìn)行電流信號(hào)和
電壓信號(hào)的切換。MOS 管的壓降是毫伏級(jí)的，對(duì)1V-5V 電壓的精度影響只有千分之一左右。
2.2 壓力信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
該電路實(shí)際設(shè)計(jì)可以采集多路脈沖信號(hào)，這里只介紹其中的一路電路（如圖3 所示），
其它各路電路與此相似。圖中兩個(gè)電阻R37、R38 組成了一個(gè)電阻分壓器，是為了設(shè)置門電
壓，該門電壓大約為2V；四個(gè)二極管D26、D27、D28、D29 是為設(shè)置輸入脈沖值的上限，該
上限值大約為2.4V；二極管D7、D8 起到鉗位及保護(hù)作用，把輸入脈沖信號(hào)鉗位到0-2.4V
之間，不至于因輸入信號(hào)過大而對(duì)后續(xù)電路造成影響；運(yùn)算放大器LM311 構(gòu)成了一個(gè)比較器；
U8 的4 腳接一個(gè)上拉電阻，提高驅(qū)動(dòng)能力，來驅(qū)動(dòng)反相器U19C（74HC14）；U19C 是為了和
計(jì)數(shù)器82C53 進(jìn)行電平匹配。

2.3 井位反饋信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
井位反饋信號(hào)電路如圖4 所示，一根輸油管對(duì)應(yīng)一個(gè)光電耦合器，N 個(gè)光電耦合器接入
C8051F040 的I/O 口，根據(jù)N 個(gè)光電耦合器輸入的一組信號(hào)確定井位。

2.4 倒井控制信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

倒井控制電路（如圖5 所示）主要由二極管、三極管、電容、常開開關(guān)等組成。它可以
接收到C8051F040 傳送的高脈沖，高脈沖信號(hào)經(jīng)過三極管使其導(dǎo)通，常開開關(guān)就會(huì)閉合，從
而達(dá)到控制倒井的功能。
3 GPRS 通訊
YN2010 GPRS DTU 是一款基于移動(dòng)2.5G GPRS 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、內(nèi)嵌 TCP/UDP 協(xié)議及功能強(qiáng)大
的單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸終端。采用BENG M22 工業(yè)級(jí)通訊模塊，工業(yè)規(guī)格設(shè)計(jì)，提供15PIN
TTL/RS232/RS485 等數(shù)據(jù)接口，適合用戶直接嵌入各種采集設(shè)備。實(shí)現(xiàn)GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)透明
傳輸功能。
打開客戶端測(cè)試軟件，對(duì)安裝完成的GPRS 模塊進(jìn)行測(cè)試。在此界面設(shè)置需連接的服務(wù)
器端IP 地址和端口號(hào)，點(diǎn)擊設(shè)置確定即可與遠(yuǎn)程的或局域網(wǎng)內(nèi)的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)相連接，如
果連接成功則在主界面的客戶端信息區(qū)就會(huì)出現(xiàn)服務(wù)器地址和端口號(hào)，同時(shí)在數(shù)據(jù)接收區(qū)會(huì)
出現(xiàn)連接成功提示，如果連接不成功則會(huì)提示：“與服務(wù)器端TCP 連接失敗”。
4 小結(jié)
本系統(tǒng)通過對(duì)各芯片的驅(qū)動(dòng)利用C8051F040 采集信號(hào)，并通過GPRS 發(fā)出信號(hào)，在外網(wǎng)用組
態(tài)王軟件接收信號(hào)，并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)量，完成對(duì)油田計(jì)量間采集的控制。
整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的通訊過程中，采用了YN2010 GPRS DTU 透明數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊以
GPRS 通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)為核心，自動(dòng)完成監(jiān)控中心通過Internet 發(fā)出的命令，來接收
解碼、終端返回?cái)?shù)據(jù)編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)編碼。在數(shù)據(jù)的管理方面使用了組態(tài)王軟件，非常方便
安全，數(shù)據(jù)不易丟失，并且實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的交互，便于操作控制。通過實(shí)際測(cè)試，本系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的的要求，在現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜惡劣的環(huán)境中系統(tǒng)仍能正常的工作。