CN106054786A - 采集数据清晰的无线气体测控终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采集数据清晰的无线气体测控终端，包括控制器，所述的控制器上同时连接数据采集单元、无线数传模块和无线通讯模块，其中的数据采集单元包括FPGA主控制器、A/D模数转换器、八通道模拟开关和信号调理电路，A/D模数转换器和八通道模拟开关同时连接在FPGA主控制器上，八通道模拟开关还连接信号调理电路，信号调理电路同时连接硫化氢传感器和二氧化硫传感器，在FPGA主控制器上还连接大容量的存储器，在A/D模数转换器和八通道模拟开关之间还设置抗混叠滤波器。本发明通过上述原理，能够将监测信号中的混叠频率分量降低到微不足道的程度，然后再传递给后面的部件进行处理，保证最终判断结果的准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及气体测控领域，具体涉及采集数据清晰的无线气体测控终端。
背景技术
气体钻井由于能有效地保护低压油气层，解决恶性井漏、压差卡钻，提高机械钻速而得到了广泛应用。但是，在钻井勘探过程中，为了更好的探清钻井池内的情况，有时甚至需要深入钻井池内进行观测，而钻井池内存在着各种气体，包括有毒有害气体，为了保证监测人员的人身安全，我们需要实时的监控有毒有害气体的含量，以便及时的提醒监测人员，而现有监测只能静态监测，且监测信号容易受到混频分量的影响，导致最终传输的数据不准确，出现判断错误的情况。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供采集数据清晰的无线气体测控终端，该测控系统能够将监测信号中的混叠频率分量降低到微不足道的程度，然后再传递给后面的部件进行处理，保证最终判断结果的准确可靠。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：采集数据清晰的无线气体测控终端，包括控制器，所述的控制器上同时连接数据采集单元、无线数传模块和无线通讯模块，其中的数据采集单元包括FPGA主控制器、A/D模数转换器、八通道模拟开关和信号调理电路，A/D模数转换器和八通道模拟开关同时连接在FPGA主控制器上，八通道模拟开关还连接信号调理电路，信号调理电路同时连接硫化氢传感器和二氧化硫传感器，在FPGA主控制器上还连接大容量的存储器，在A/D模数转换器和八通道模拟开关之间还设置抗混叠滤波器。
由于硫化氢和二氧化硫均是有毒有害气体，其对人体的伤害极大，而现有测控系统只能静态的显示数据情况，加大了后续监测的难度，容易造成安全事故。该系统利用无线通信模块和无线数传模块的无线传输方式，能够动态显示接入设备状态，通过液晶显示器实时接收、显示采集数据和状态；通过按键还可选择特定的硫化氢传感器或二氧化硫传感器，显示实时状态和数据，生成数据列表和图形方式，方便后期的直观观察，提高安全系数。本方案中的采集单元采用的是现场可编程门阵列FPGA主控制器对信号进行处理，FPGA主控制器具有高集成度、高效率、设计灵活且功耗低，FPGA主控制器特有的复杂硬件逻辑控制能力与实时性、同步性，能够更好的适应数据采集的需要。本方案在八通道模拟开关和A/D模数转换器之间设置抗混叠滤波器，用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度，然后再传递给后面的部件进行处理，保证最终判断结果的准确可靠。
所述控制器还连接云存储器。该存储器存储容量大、安全、便携、稳定且能够对采集数据进行备份，避免数据丢失。
所述控制器上还连接液晶显示器和用于查看任意一个硫化氢传感器或二氧化硫传感器数据的按键。硫化氢传感器对硫化氢的分辨率可以达到0.1ppm，二氧化硫传感器对二氧化硫分辨率为0.01ppm。按键的设置能够更加方便的查询数据情况，方便后期分析，后续监测更加的方便。
所述控制器上还连接电源，电源为内置电池、外接市电或外接充电池。
所述控制器的型号为BZ2046。该微控制器分辨率和智能程度高，具有断电保护和数据保护功能。
所述无线通信模块的型号为KYL-320M。该型号的无线通信模块低功耗、小体积、工业级设计、窄带通讯抗干扰能力强,可以在各种复杂的现场环境中稳定工作。
所述FPGA主控制器的型号为XC3S400 。该型号主控制器功耗低、处理能力强。
所述无线数传模块的型号为CC1101。该型号无线数传模块具有高抗干扰能和低误码率，具有多种可选的通讯接口， 低电压、低功耗，非常适合在采集领域使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该系统利用无线通信模块和无线数传模块的无线传输方式，能够动态显示接入设备状态，通过液晶显示器实时接收、显示采集数据和状态；通过按键还可选择特定的硫化氢传感器或二氧化硫传感器，显示实时状态和数据，生成数据列表和图形方式，方便后期的直观观察，有效而快速的进行数据监控，提高安全系数。
2、本方案中本方案在八通道模拟开关和A/D模数转换器之间设置抗混叠滤波器，用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度，然后再传递给后面的部件进行处理，保证最终判断结果的准确可靠。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述，本发明的实施例不限于此。
实施例1：
如图1所示，本发明包括采集数据清晰的无线气体测控终端，包括控制器，所述的控制器上同时连接数据采集单元、无线数传模块和无线通讯模块，其中的数据采集单元包括FPGA主控制器、A/D模数转换器、八通道模拟开关和信号调理电路，A/D模数转换器和八通道模拟开关同时连接在FPGA主控制器上，八通道模拟开关还连接信号调理电路，信号调理电路同时连接硫化氢传感器和二氧化硫传感器，在FPGA主控制器上还连接大容量的存储器，在A/D模数转换器和八通道模拟开关之间还设置抗混叠滤波器。
当硫化氢传感器和二氧化硫传感器检测到该有害气体后，就将检测到的信号经前级信号调理电路跟随调理后，采用八通道模拟开关ADG708 对多路信号进行了循环采集，采集到的信号经过AD7667 A/D模数转换器，实现了对6 路传感器振动模拟量以及1路直流电压的循环采集，FPGA 控制模数转换器AD7667，将采集到的模拟信号转换为数字信号并写入存储器存储。同时该采集信息可以传递给控制器，控制器通过无线通讯模块发送给远端的上位机，实现对有毒有害气体的远端无线监控。上位机也可以通过远端发送读数指令，经过无线通讯模块传递给控制器，通过控制器对数据进行调用显示。由于硫化氢和二氧化硫均是有毒有害气体，其对人体的伤害极大，而现有测控系统只能静态的显示数据情况，加大了后续监测的难度，该系统利用无线通信模块和无线数传模块的无线传输方式，能够动态显示接入设备状态，通过液晶显示器实时接收、显示采集数据和状态；通过按键还可选择特定的硫化氢传感器或二氧化硫传感器，显示实时状态和数据，生成数据列表和图形方式，方便后期的直观观察。本方案中的采集单元采用的是现场可编程门阵列FPGA主控制器对信号进行处理，FPGA主控制器具有高集成度、高效率、设计灵活且功耗低，FPGA主控制器特有的复杂硬件逻辑控制能力与实时性、同步性，能够更好的适应数据采集的需要。由于设置了报警模块，当采集数据触发报警阀值，进行报警提示，同时还能利用无线通信模块和GPRS 的无线传输方式将报警信息传递给上位机，能够灵活和简便实现客户不同现场环境中大系统、大范围的采集控制，通过网络传输 IO 采集数据能够降低布线难度和降低传输过程中的信号干扰，帮助客户降低工程成本。
由于本测控系统是实时的对动态信号进行分析，在对模拟信号进行离散化时，采样频率f2至少应2倍于被分析的信号的最高频率f1，否则可能出现因采样频率不够高，模拟信号中的高频信号折叠到低频段，出现虚假频率成分的现象。本方案在八通道模拟开关和A/D模数转换器之间设置抗混叠滤波器，用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度，然后再传递给后面的部件进行处理，保证最终判断结果的准确可靠。
所述控制器还连接云存储器。该存储器存储容量大、安全、便携、稳定且能够对采集数据进行备份，避免数据丢失。
控制器上还连接液晶显示器和用于查看任意一个硫化氢传感器或二氧化硫传感器数据的按键。硫化氢传感器对硫化氢的分辨率可以达到0.1ppm，二氧化硫传感器对二氧化硫分辨率为0.01ppm。按键的设置能够更加方便的查询数据情况，方便后期分析，后续监测更加的方便。
控制器上还连接电源，电源为内置电池、外接市电或外接充电池。电源的形式多样化，避免受到限制。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上优选如下：控制器的型号为BZ2046。该微控制器分辨率和智能程度高，具有断电保护和数据保护功能。
无线通信模块的型号为KYL-320M。低功耗、小体积、工业级设计、窄带通讯抗干扰能力强,可以在各种复杂的现场环境中稳定工作。
FPGA主控制器的型号为XC3S400 。功耗低、处理能力强。
无线数传模块的型号为CC1101。该型号无线数传模块具有高抗干扰能和低误码率，具有多种可选的通讯接口， 低电压、低功耗，非常适合在采集领域使用。
如上所述便可实现该发明。
Claims (8)
1.采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：包括控制器，所述的控制器上同时连接数据采集单元、无线数传模块和无线通讯模块，其中的数据采集单元包括FPGA主控制器、A/D模数转换器、八通道模拟开关和信号调理电路，A/D模数转换器和八通道模拟开关同时连接在FPGA主控制器上，八通道模拟开关还连接信号调理电路，信号调理电路同时连接硫化氢传感器和二氧化硫传感器，在FPGA主控制器上还连接大容量的存储器，在A/D模数转换器和八通道模拟开关之间还设置抗混叠滤波器。
2.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述控制器还连接云存储器。
3.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述控制器上还连接液晶显示器和用于查看任意一个硫化氢传感器或二氧化硫传感器数据的按键。
4.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述控制器上还连接电源，电源为内置电池、外接市电或外接充电池。
5.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述控制器的型号为BZ2046。
6.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述无线通信模块的型号为KYL-320M。
7.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述FPGA主控制器的型号为XC3S400 。
8.根据权利要求1所述的采集数据清晰的无线气体测控终端，其特征在于：所述无线数传模块的型号为CC1101。
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