CN103702447A

CN103702447A - 一种用于井场的无线传感器系统

Info

Publication number: CN103702447A
Application number: CN201310747507.9A
Authority: CN
Inventors: 赵要强; 吴冠玮
Original assignee: Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd; Shanghai SK Petroleum Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd; Shanghai SK Petroleum Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明公开了一种用于井场的无线传感器系统，该系统还包含：传感器电路、多个无线从机节点电路、无线路由器、无线主机电路、多个传感器接口及计算机。传感器电路包含多个传感器，多个传感器分别通过多个传感器接口与多个无线从机节点电路对应连接；多个无线从机节点电路分别与无线路由器进行无线传输，该无线路由器与无线主机电路进行无线传输，该无线主机电路与计算机相连接。本发明能够实时采集传感器分布区域内各检测对象的信息，并将这些信息进行处理、发送到接收终端，再通过主机终端节点将数据传送至用户计算机端，达到对目标信息的实时监测，为井场钻录井工作提供重要依据。

Description

一种用于井场的无线传感器系统

技术领域

本发明涉及石油钻井勘探领域，具体涉及一种用于井场的无线传感器系统。

背景技术

目前，石油钻录井现场大多采用有线方式进行传感器数据的采集和传输，但实际井场环境恶劣，铺设有线电缆受到井场设备的制约，安装拆卸工作量大，整个布线过程非常复杂，不利于现场灵活施工的需要，同时使得石油钻录井现场的传感器数据的采集和传输的成本非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于井场的无线传感器系统，能够实时采集井场内传感器分布区域内各检测对象的信息，并将这些信息进行处理并发送到接收终端，再通过主机终端节点将数据传送至用户端，达到对目标信息的监测，为井场钻录井工作提供重要依据。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于井场的无线传感器系统，包含：计算机；其特点是，该系统还包含：传感器电路、多个无线从机节点电路、无线路由器、无线主机电路及多个传感器接口。

上述的传感器电路包含多个传感器，上述的多个传感器分别通过多个传感器接口与上述的多个无线从机节点电路对应连接；多个无线从机节点电路分别与上述的无线路由器进行无线传输，该无线路由器与上述的无线主机电路进行无线传输，该无线主机电路与上述的计算机相连接。

上述的无线从机节点电路包含：电池、电源处理模块、供电控制模块、信号处理电路、单片机、时间采集模块、温度采集模块、无线通讯模块及A/D采样模块。

上述的电池分别与上述的电源处理模块、A/D采样模块相连接，该电源处理模块、A/D采样模块分别与上述的单片机相连接，该单片机同时分别与上述的时间采集模块、温度采集模块、无线通讯模块、供电控制模块及信号处理电路相连接；上述的供电控制模块、信号处理电路、A/D采样模块分别与上述的传感器接口相连接。

上述的电源处理模块包含：DC/DC电源变换电路、低压差线性温度电源变换电路；上述的电池与上述的DC/DC电源变换模块相连接，该DC/DC电源变换电路与上述的低压差线性温度电源变换电路相连接，该低压差线性温度电源变换电路与上述的单片机相连接。

上述的无线主机电路包含：电源、电源处理模块、单片机、无线通讯模块、通用串行总线/局域网通讯模块；

上述的电源与上述的电源处理模块相连接，该电源处理模块与上述的单片机相连接，该单片机分别与上述的无线通讯模块、通用串行总线/局域网通讯模块相连接。

上述的电源处理模块包含：DC/DC电源变换电路、低压差线性温度电源变换电路，上述的电源与上述的DC/DC电源变换电路相连接，该DC/DC电源变换电路与上述的低压差线性温度电源变换电路相连接，该低压差线性温度电源变换电路与上述的单片机相连接。

上述的无线路由器包含：电源、无线通讯模块；上述的电源与上述的无线通讯模块相连接。该无线通讯模块分别与无线从机节点电路、无线主机进行无线通讯。

本发明与现有技术相比具有以下优点：能实时采集传感器分布区域内各检测对象的信息，并将这些信息进行处理、发送到接收终端，再通过主机终端节点将数据传送至用户计算机端，达到对目标信息的实时监测，为井场钻录井工作提供重要依据。本发明无需通过井场布线，减少了为进行传感器信息采集、传输而进行的大量准备工作，提高了石油钻录现场的工作效率，降低了工作成本；并且本发明的传感器系统具有三种工作模式能够最大限度的降低功耗。

附图说明

图1为本发明一种用于井场的无线传感器系统的整体原理框图。

图2为本发明一种用于井场的无线传感器系统的无线从机节点电路的原理框图。

图3为本发明一种用于井场的无线传感器系统的无线主机电路的原理框图。

图4为本发明一种用于井场的无线传感器系统的无线路由器的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种用于井场的无线传感器系统，该系统包含：传感器电路100、多个无线从机节点电路200、无线路由器300、无线主机电路400、计算机500及多个传感器接口600。

传感器电路100包含多个传感器110，多个传感器110分别通过多个传感器接口600与多个无线从机节点电路200对应连接；多个无线从机节点电路200分别与上述的无线路由器300进行无线传输，该无线路由器300与上述的无线主机电路400进行无线传输，该无线主机电路400与上述的计算机500相连接。

本实施例中的多个传感器110可以分别为立压传感器、悬重传感器和绞车传感器。本实施例中立压传感器型号为SK-8Y34-L，悬重传感器型号为SK-8Y21-L，绞车传感器型号为SK-8J06。

如图2所示，无线从机节点电路200包含：电池210、电源处理模块220、A/D采样模块230、信号处理电路240、单片机250、时间采集模块260、温度采集模块270、无线通讯模块280及供电控制电路290。

电池210分别与电源处理模块220、A/D采样模块230相连接，该电源处理模块220、A/D采样模块230分别与单片机250相连接，该单片机250同时分别与时间采集模块260、温度采集模块270、无线通讯模块280、信号处理电路240及供电控制电路290相连接；A/D采样模块230、信号处理电路240、供电控制电路290分别与上述的传感器接口600相连接。

电源处理模块220包含：DC/DC电源变换电路221、低压差线性温度电源变换电路222；电池210与DC/DC电源变换模块221相连接，该DC/DC电源变换电路221与低压差线性温度电源变换电路222（low dropout regulator电源变换电路，简称LDO电源变换电路）相连接，该LDO电源变换电路222与单片机250相连接。

本实施例中电池210为3节3.6V电池串联组成，电池210通过电源处理模块220进行处理为无线从机节点电路200提供稳定的工作电源；电池210通过电源处理模块220、单片机250及供电控制电路290为传感器110提供工作电源。

A/D采样模块230采集电池210的电池电量信息传输到单片机250进行分析处理。A/D采样模块230通过传感器接口600采集并处理传感器110输出的电压信号传输至单片机250进行解析处理。信号处理电路240通过传感器接口600采集并处理传感器110输出的电流脉冲信号传输至单片机250进行解析处理。

时间采集模块260采用内置集成电路总线（Inter－Integrated Circuit Bus，简称I2C总线）与单片机250进行数据的双向通讯；实时采集当前时间，将从无线从机节点电路200传至计算机500的数据提供时间坐标，为后续的数据追溯提供依据。温度采集模块270采用串行外设接口总线（Serial Peripheral Interface Bus，简称SPI总线）与单片机250进行数据的双向通讯；实时采集无线从机节点电路200的温度信息，为用户提供准确的工况信息。

本实施例中，电池210的型号为ER34615，电源处理模块220的型号为SK-24S05_3V3，单片机250为PIC XLP系列的单片机，A/D采样模块242为AD公司16bit低功耗采用芯片，时间采集模块260的型号为PCF8583，温度采集模块270的型号为ADT7301，无线通讯模块280的型号为SK-JRC。

如图3所示，无线主机电路400包含：电源410、电源处理模块420、单片机430、无线通讯模块440、通用串行总线/局域网通讯模块450。

电源410与电源处理模块420相连接，该电源处理模块420与单片机430相连接。该单片机430分别与无线通讯模块440、通用串行总线/局域网通讯模块450（简称USB/LAN模块）相连接。

无线主机电路400通过无线通讯模块440接收来自无线从机电路200、无线路由器300上传的传感器数据。无线主机电路400通过USB/LAN模块450与计算机500相连接，计算机500通过上层软件界面实时显示传感器数据和其他系统参数，为判断井场实时工况提供重要依据。

本实施例中，电源处理模块420的型号为SK-24S05_3V3，USB/LAN模块450的型号为SK-TTL2USB_LAN，无线通讯模块440的型号为SK-JRC。

电源处理模块420包含：DC/DC电源变换电路421、低压差线性温度电源变换电路422（low dropout regulator电源变换电路，简称LDO电源变换电路），上述的电源410与上述的DC/DC电源变换电路421相连接，该DC/DC电源变换电路421与上述的LDO电源变换电路422相连接，该低压差线性温度电源变换电路422与上述的单片机430相连接，为单片机430提供稳定的工作电源。

如图4所示，无线路由器300包含：电源310、无线通讯模块320；电源310与无线通讯模块320相连接，为无线通讯模块320提供工作电源。该无线通讯模块320分别与无线从机节点电路200的无线通讯模块280、无线主机400的无线通讯模块440进行无线通讯。

无线通讯模块320带有路由功能；本实施例中，无线通讯模块320的型号为SK-JRC；电源310采用可充电锂电池或一次性高能锂电池。

当无线从机节点电路200的无线通讯电路280与无线主机电路400的无线通讯电路440之间通讯正常时，无线路由器300处于监听状态，不转发数据。当无线从机节点电路200与无线主机电路400之间通讯异常时，无线路由器300将转发无线从机节点电路200、无线主机电路400之间的数据，实现无线数据的正常传输。

如图1-图4所示，本发明公开的一种用于井场的无线传感器系统，为实现低功耗设计要求，该系统具有三种模式状态，分别为：监听模式、工作模式和休眠模式。其中，监听模式的功耗最大，休眠模式的功耗最小，工作模式的功耗介于监听模式、休眠模式之间。

当无线从机节点电路200首次上电或新建网络时，无线从机节点电路200处于监听模式，设置参数，通过无线路由器300进行与无线主机电路400的信息交互。参数设置完毕后，无线从机节点电路200进入工作模式。当无线主机电路400关闭电源时，无线从机节点电路200自动检测出无线主机电路400已断电，无线从机节点电路200自动进入休眠模式，单片机250通过供电控制电路降低电池210对传感器110的供电电量。最大限度地减少系统电量的消耗。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于井场的无线传感器系统，包含：计算机（500）；其特征在于，该系统还包含：传感器电路（100）、多个无线从机节点电路（200）、无线路由器（300）、无线主机电路（400）及多个传感器接口（600）；

所述的传感器电路（100）包含多个传感器（110），所述的多个传感器（110）分别通过所述的多个传感器接口（600）与所述的多个无线从机节点电路（200）对应相连接；多个无线从机节点电路（200）分别与所述的无线路由器（300）进行无线传输，该无线路由器（300）与所述的无线主机电路（400）进行无线传输，该无线主机电路（400）与所述的计算机（500）相连接。

2.如权利要求1所述的用于井场的无线传感器系统，其特征在于，所述的无线从机节点电路（200）包含：电池（210）、电源处理模块（220）、A/D采样模块（230）、信号处理电路（240）、单片机（250）、时间采集模块（260）、温度采集模块（270）、无线通讯模块（280）及供电控制电路（290）；

所述的电池（210）分别与所述的电源处理模块（220）、所述的A/D采样模块（230）相连接，该电源处理模块（220）、A/D采样模块（230）分别与所述的单片机（250）相连接，该单片机（250）同时分别与所述的时间采集模块（260）、温度采集模块（270）、无线通讯模块（280）、信号处理电路（240）及供电控制电路（290）相连接；所述的A/D采样模块（230）、信号处理电路（240）、供电控制电路（290）分别与所述的传感器接口（600）相连接。

3.如权利要求2所述的用于井场的无线传感器系统，其特征在于，所述的电源处理模块（220）包含：DC/DC电源变换电路（221）、低压差线性温度电源变换电路（222）；所述的电池（210）与所述的DC/DC电源变换模块（221）相连接，该DC/DC电源变换电路（221）与所述的低压差线性温度电源变换电路（222）相连接，该低压差线性温度电源变换电路（222）与所述的单片机（250）相连接。

4.如权利要求1所述的用于井场的无线传感器系统，其特征在于，所述的无线主机电路（400）包含：电源（410）、电源处理模块（420）、单片机（430）、无线通讯模块（440）、通用串行总线/局域网通讯模块（450）；

所述的电源（410）与所述的电源处理模块（420）相连接，该电源处理模块（420）与所述的单片机（430）相连接，该单片机（430）分别与所述的无线通讯模块（440）、通用串行总线/局域网通讯模块（450）相连接。

5.如权利要求4所述的用于井场的无线传感器系统，其特征在于，所述的电源处理模块（420）包含：DC/DC电源变换电路（421）、低压差线性温度电源变换电路（422），所述的电源（410）与所述的DC/DC电源变换电路（421）相连接，该DC/DC电源变换电路（421）与所述的低压差线性温度电源变换电路（422）相连接，该低压差线性温度电源变换电路（422）与所述的单片机（430）相连接。

6.如权利要求1所述的用于井场的无线传感器系统，其特征在于，所述的无线路由器（300）包含：电源（310）、无线通讯模块（320）；所述的电源（310）与所述的无线通讯模块（320）相连接，该无线通讯模块（320）分别与无线从机节点电路（200）、无线主机（400）进行无线通讯。