CN101964761A - 针对综合录井仪的实时数据采集传输仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，涉及综合录井仪端口实时数据的采集及传输领域，包括ARM单片机；在所述ARM单片机上加载有采集井场实时数据和进行预警的实时数据采集与预警模块，采集井场业务数据的井场业务数据上报模块，与所述实时数据采集与预警模块和井场业务数据上报模块连接，并接收井场实时数据和预警结果，以及接收井场业务数据的消息中间件子节点，与所述消息中间件子节点连接并接收由消息中间件子节点发送出来的数据包的消息中间件父节点，消息中间件父节点连接基地端。本发明体积小，成本低廉，重量轻，不易感染病毒，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及综合录井仪端口实时数据的采集及传输领域，特别是一种基于ARM单片机的实时数据采集传输仪，能够确保大量实时数据稳定可靠、及时、安全的采集及传输。
背景技术
石油井场分布在野外，且较零散，环境恶劣，网络通信和交通条件较差。在石油钻井的过程中，有大量的宝贵数据产生，特别是综合录井仪采集的录井实时数据，因为它们是石油钻井地质预报、工程预报、地质分析、单井评价，区域评价的数据源。如果将它们实时远程传输到基地中心，那么基地端的各类专家和高性能的设备等优越条件将对井场二次预警、问题诊断、解决方案制定、风险控制，以及科学研究都有很重要的作用，因此有必要研制一种针对综合录井仪的基于ARM单片机的实时数据采集传输仪。
ARM是嵌入式的一种内核架构，相当于电脑的CPU；其实ARM单片机可以看做一个完整的人，而ARM只是人的大脑而已。ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的精简指令集计算机处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入工业控制、数据通信、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM公司提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。典型的产品有ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC内核，用于移动通信；ARM7TDMI(Thumb)：将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起，以减少内存容量和系统成本，该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器；ARM9TDMI：采用5阶段管道化ARM9内核，同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线，常用于连网和顶置盒。
目前，针对综合录井仪的实时数据采集及传输，一般将采集和传输软件安装运行在工控机上来实现，例如：作者为“吴正平”，文献来源为“自动化仪表”，出版日期为1999年第6期的中国期刊文件，其中公开了一篇题名为“综合录井数据实时采集程序设计”的期刊文件，其内容涉及介绍如何用Microsoft Visual C++来设计综合录井数据实时采集程序，具体介绍了综合录井仪的硬件构成及用Microsoft Visual C++来设计综合录井数据实时采集程序的主要步骤和子程序，但将上述软件安装在工控机上，具有价格高、体积大、重量重、容易感染病毒、操作相对复杂的缺点；但从来没有将ARM单片机应用到此领域中，并改变上述工控机的不足之处。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于ARM单片机的实时数据采集传输仪，能够确保大量实时数据稳定可靠、及时、安全的采集及传输，满足基地端对录井实时数据的需求；同时，本发明体积小，成本低廉，重量轻，不易感染病毒，操作简单。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：包括ARM单片机；在所述ARM单片机上加载有采集井场实时数据和进行预警的实时数据采集与预警模块，采集井场业务数据的井场业务数据上报模块，与所述实时数据采集与预警模块和井场业务数据上报模块连接，并接收井场实时数据和预警结果，以及接收井场业务数据的消息中间件子节点，与所述消息中间件子节点连接并接收由消息中间件子节点发送出来的数据包的消息中间件父节点，消息中间件父节点连接基地端，所述数据包包括井场实时数据、预警结果和井场业务数据，所述消息中间件子节点和消息中间件父节点之间经传输通道传输数据，所述传输通道为卫星通信。
所述ARM单片机，包括电路板，为电路板提供电源的电源开关和外壳，所述电路板上集成有ARM芯片、RS232串行口和至少一个网络端口，在ARM单片机上设置有嵌入式操作系统和用于人机交互和展示的触摸屏。
所述电路板上集成有两个网络端口，其中一个用于与基地端的网络发布端口连接，另一个与综合录井仪采集机连接。
所述RS232串行口与综合录井仪采集机连接。
所述嵌入式操作系统包括Windows CE或Linux。
所述ARM芯片是精简指令集计算机的处理器。
所述实时数据采集与预警模块，采集来自于井场综合录井仪的实时钻井数据，解析成标准格式数据并发送到所述消息中问件供远程传输到基地，并根据预警配置信息和井场采集到的实时数据对异常工况进行监控和预警。
所述井场业务数据上报模块是，将井场业务数据与报表资料转换为标准的数据传输格式，基于底层企业级消息平台实现数据到基地专业数据库的写入，还包括报表资料的录入、井场业务数据的补充录入及数据查询和审核上报。
所述消息中间件子节点，用于将人工录入或迁移导入的各类井场业务数据及实时采集的井场实时数据主动发送，包括系统设置模块、用于数据断点进行续传的断点续传模块、用于数据加密处理的数据加密模块、用于传输数据的数据传输模块和消息队列设置模块，所述系统设置模块包括IP地址设置模块、传输通道设置模块、缓冲池设置模块，分别实现井场端IP地址、传输通道和缓冲池大小的设置或选择，所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据传输队列、业务数据传输队列和业务数据接收队列。
所述基地端的消息中间件父节点，安装运行在基地中心的服务器上，包括子节点管理模块、数据包设置模块、数据解密模块、消息队列设置模块；子节点管理模块负责消息中间件子节点的配置管理，数据包设置模块负责数据包大小、优先级的设置，数据解密模块负责数据包的解密功能；这些模块独立运行，将相关信息配置以保障消息数据的可靠准确传输；所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据接收队列、业务数据接收队列、业务数据发送队列。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明采用“在所述ARM单片机上加载有采集井场实时数据和进行预警的实时数据采集与预警模块，采集井场业务数据的井场业务数据上报模块，与所述实时数据采集与预警模块和井场业务数据上报模块连接，并接收井场实时数据和预警结果，以及接收井场业务数据的消息中间件子节点，与所述消息中间件子节点连接并接收由消息中间件子节点发送出来的数据包的消息中间件父节点，消息中间件父节点连接基地端，所述数据包包括井场实时数据、预警结果和井场业务数据，所述消息中间件子节点和消息中间件父节点之间经传输通道传输数据，所述传输通道为卫星通信”这样的技术方案，将针对综合录井仪的录井实时数据采集、预警及传输一块集成到ARM单片机上，相对于现有技术中的集成到工控机上，具有价格低，体积小，重量轻，操作简单，不易感染病毒、系统稳定可靠的优点，同时，实时数据采集及预警模块可实现对多种综合录井仪的实时数据采集及预警功能，传输通道确保了井场端与基地端的录井实时数据的完整、稳定、可靠、及时、安全的传输，特别是采用卫星通信方式传输，尤其适用于通信基站不能覆盖的井场所在区域，并且所传输的视频信息效果非常好。
2、本发明中，针对有的综合录井仪采集软件的数据接口采用串口发布到外界，因此本发明采用的RS232串行口能实现与综合录井仪采集机的连接，并捕获实时数据；而针对有的综合录井仪采集软件的数据接口采用TCP/IP协议方式发布到外界，因此本发明采用的其中一个网络端口能实现与综合录井仪采集机连接，并捕获实时数据；本发明采用的Windows CE操作系统，非常紧凑有效，抛弃了运行在它们之上的特定的应用程序所不需要的各种功能，作为实时操作系统非常方便实用；触摸屏实现人与设备的交互及展示功能，如井号等参数配置；电源开启后，便开展数据采集及传输工作；外壳增加了设备的稳固性和美观性，采用上述结构的本ARM单片机体积小，重量轻，成本低，嵌入式系统不易感染病毒，系统稳定可靠；用户只需操作电源开关，操作非常简单。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的逻辑构成图
图2为本发明的数据流程图
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明包括ARM单片机、实时数据采集与预警软件、数据传输软件。ARM单片机由电路板、ARM芯片、RS232串行口、两个网络端口、嵌入式操作系统、触摸屏、电源开关和外壳构成；ARM芯片、RS232串行口、两个网络端口都集成在电路板上；单片机硬件之上为Windows CE的嵌入式操作系统；再向上为加载的录井实时数据采集软件和数据传输软件。
实施例2
如图2所示，实时数据采集进程启动，首先从综合录井仪的端口捕获实时数据流，接着解析成统一格式，并填充到预警处理进程，根据预警门限值和预警公式生成预警结果，然后将实时数据和预警结果发送到消息中间件子节点以传输；整个流程反复循环，即实现了实时数据的采集与预警功能；最后消息中间件子节点利用不同的传输通道传输到基地端，如果传输通道异常，则实现本地数据缓存，待传输通道正常后，利用断点续传功能将数据传输到基地端。
实施例3
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括ARM单片机；在所述ARM单片机上加载有采集井场实时数据和进行预警的实时数据采集与预警模块，采集井场业务数据的井场业务数据上报模块，与所述实时数据采集与预警模块和井场业务数据上报模块连接，并接收井场实时数据和预警结果，以及接收井场业务数据的消息中间件子节点，与所述消息中间件子节点连接并接收由消息中间件子节点发送出来的数据包的消息中间件父节点，消息中间件父节点连接基地端，所述数据包包括井场实时数据、预警结果和井场业务数据，所述消息中间件子节点和消息中间件父节点之间经传输通道传输数据，所述传输通道为卫星通信。所述ARM单片机，包括电路板，为电路板提供电源的电源开关和外壳，所述电路板上集成有ARM芯片、RS232串行口和两个网络端口，其中一个用于与基地端的网络发布端口连接，另一个与综合录井仪采集机连接。在ARM单片机上设置有嵌入式操作系统和用于人机交互和展示的触摸屏。所述RS232串行口与综合录井仪采集机连接。所述嵌入式操作系统包括Windows CE或Linux。所述ARM芯片是精简指令集计算机的处理器。所述实时数据采集与预警模块，采集来自于井场综合录井仪的实时钻井数据，解析成标准格式数据并发送到所述消息中间件供远程传输到基地，并根据预警配置信息和井场采集到的实时数据对异常工况进行监控和预警。所述井场业务数据上报模块是，将井场业务数据与报表资料转换为标准的数据传输格式，基于底层企业级消息平台实现数据到基地专业数据库的写入，还包括报表资料的录入、井场业务数据的补充录入及数据查询和审核上报。所述消息中间件子节点，用于将人工录入或迁移导入的各类井场业务数据及实时采集的井场实时数据主动发送，包括系统设置模块、用于数据断点进行续传的断点续传模块、用于数据加密处理的数据加密模块、用于传输数据的数据传输模块和消息队列设置模块，所述系统设置模块包括IP地址设置模块、传输通道设置模块、缓冲池设置模块，分别实现井场端IP地址、传输通道和缓冲池大小的设置或选择，所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据传输队列、业务数据传输队列和业务数据接收队列。所述基地端的消息中间件父节点，安装运行在基地中心的服务器上，包括子节点管理模块、数据包设置模块、数据解密模块、消息队列设置模块；子节点管理模块负责消息中间件子节点的配置管理，数据包设置模块负责数据包大小、优先级的设置，数据解密模块负责数据包的解密功能；这些模块独立运行，将相关信息配置以保障消息数据的可靠准确传输；所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据接收队列、业务数据接收队列、业务数据发送队列。所述传输通道，包括有线和无线方式，其中有线方式为ADSL方式，无线方式包括GPRS、CDMA、3G或卫星通信。
实施例4
一种针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，包括ARM单片机、实时数据采集与预警软件、数据传输软件。录井实时数据采集软件、数据传输软件加载到ARM单片机上运行；录井实时数据采集程序和井场业务数据上报程序分别将采集到的录井实时数据包主动发送到井场端的消息中间件子节点，然后将数据包通过传输通道传输到基地端的消息中间件父节点，然后发送到基地端，从而实现井场端与基地端实时数据的可靠、稳定、及时、安全的采集与传输。
所述ARM单片机，包括电路板、ARM芯片、RS232串行口、两个网络端口、嵌入式操作系统、触摸屏、电源开关和外壳。ARM芯片、RS232串行口、两个网络端口都集成在电路板上；ARM芯片是精简指令集计算机的处理器；有的综合录井仪采集软件的数据接口采用串口发布到外界，因此利用单片机的RS232串行口实现与综合录井仪采集机的连接捕获实时数据；有的综合录井仪采集软件的数据接口采用TCP/IP协议方式发布到外界，因此利用单片机的一个网络端口实现与综合录井仪采集机的连接捕获实时数据，另一个网络端口作为与基地端的网络发布端口；嵌入式操作系统有Windows CE、Linux等，它们通常被设计非常紧凑有效，抛弃了运行在它们之上的特定的应用程序所不需要的各种功能，嵌入式操作系统多数也是实时操作系统，根据需要我们选择了Windows CE的操作系统；触摸屏实现人与设备的交互及展示功能，如井号等参数配置；电源开启后，便开展数据采集及传输工作；外壳增加设备的稳固性和美观性。
ARM单片机的尺寸为20cm*20cm*5cm，重量为200g，价格为人民币1000元左右；嵌入式系统不易感染病毒，系统稳定可靠；用户只需操作电源开关，操作非常简单。
所述实时数据采集与预警软件，采集来自于井场综合录井仪的实时钻井数据，解析成标准格式数据并发送到消息中间件供远传传输到基地。同时，采集系统能根据预警配置信息和井场采集到的实时数据对异常工况进行监控和预警。本系统包括实时数据采集和预警两大功能，涵盖“主控制台”、“基础配置”、“数据格式解析配置”、“预警门限值配置”、“预警经验公式配置”、“预警参数配置”、“系统参数配置”模块。
所述数据传输软件，是加载到单片机上的消息中间件，作为信息传输的子节点，实现将处理后统一格式的录井实时数据包加密后可利用不同传输通道传输到基地端的消息中间件父节点，从而实现录井实时数据的完整、稳定、可靠、及时、安全传输；若通信网络异常，数据保存到缓冲池中，待网络正常后可实现断点续传功能。其特征在于：包括“系统设置”、“断点续传”、“数据加密”、“数据传输”、“消息队列设置”模块。
Claims (9)
1.一种针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：包括ARM单片机；在所述ARM单片机上加载有采集井场实时数据和进行预警的实时数据采集与预警模块，采集井场业务数据的井场业务数据上报模块，与所述实时数据采集与预警模块和井场业务数据上报模块连接，并接收井场实时数据和预警结果，以及接收井场业务数据的消息中间件子节点，与所述消息中间件子节点连接并接收由消息中间件子节点发送出来的数据包的消息中间件父节点，消息中间件父节点连接基地端，所述数据包包括井场实时数据、预警结果和井场业务数据，所述消息中间件子节点和消息中间件父节点之间经传输通道传输数据，所述传输通道为卫星通信。
2.根据权利要求1所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述ARM单片机，包括电路板，为电路板提供电源的电源开关和外壳，所述电路板上集成有ARM芯片、RS232串行口和至少一个网络端口，在ARM单片机上设置有嵌入式操作系统和用于人机交互和展示的触摸屏。
3.根据权利要求2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述电路板上集成有两个网络端口，其中一个用于与基地端的网络发布端口连接，另一个与综合录井仪采集机连接。
4.根据权利要求2或3所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述RS232串行口与综合录井仪采集机连接。
5.根据权利要求2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述嵌入式操作系统包括Windows CE或Linux。
6.根据权利要求1或2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述实时数据采集与预警模块，采集来自于井场综合录井仪的实时钻井数据，解析成标准格式数据并发送到所述消息中间件供远程传输到基地，并根据预警配置信息和井场采集到的实时数据对异常工况进行监控和预警。
7.根据权利要求1或2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述井场业务数据上报模块是，将井场业务数据与报表资料转换为标准的数据传输格式，基于底层企业级消息平台实现数据到基地专业数据库的写入，还包括报表资料的录入、井场业务数据的补充录入及数据查询和审核上报。
8.根据权利要求1或2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述消息中间件子节点，用于将人工录入或迁移导入的各类井场业务数据及实时采集的井场实时数据主动发送，包括系统设置模块、用于数据断点进行续传的断点续传模块、用于数据加密处理的数据加密模块、用于传输数据的数据传输模块和消息队列设置模块，所述系统设置模块包括IP地址设置模块、传输通道设置模块、缓冲池设置模块，分别实现井场端IP地址、传输通道和缓冲池大小的设置或选择，所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据传输队列、业务数据传输队列和业务数据接收队列。
9.根据权利要求1或2所述的针对综合录井仪的实时数据采集传输仪，其特征在于：所述基地端的消息中间件父节点，包括子节点管理模块、数据包设置模块、数据解密模块、消息队列设置模块；子节点管理模块负责消息中间件子节点的配置管理，数据包设置模块负责数据包大小、优先级的设置，数据解密模块负责数据包的解密功能；将相关信息配置以保障消息数据的可靠准确传输；所述消息队列设置模块配置了3个消息队列：实时数据接收队列、业务数据接收队列、业务数据发送队列。
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