CN203978426U - 无线传感器数据中转模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及综合录井设备技术领域，是一种无线传感器数据中转模块，包括模拟量采集单元、处理器单元、通信接口单元和供电模块，模拟量采集单元包括八通道模拟信号输入端、八选一电路和高精度ADC；处理器单元包括微控制单元和时钟电路；通信接口单元包括无线信号收发模块；八选一电路分别与八通道模拟信号输入端、高精度ADC和微控制单元电连接在一起，微控制单元上分别电连接有时钟电路、无线信号收发模块。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其采用此无线传输方式无需提前铺设线路，可规避地理环境因素限制，使用方便快捷，减轻拆卸和安装工作量，有效提高施工效率，降低设备的损坏率，节约施工成本。

Description

无线传感器数据中转模块

技术领域

本实用新型涉及综合录井设备技术领域，是一种无线传感器数据中转模块。

背景技术

石油钻探是一项复杂且耗资巨大的大型系统工程，任何一口井都可能会面临工程事故的危险和漏失油层。在油气勘探开发过程中，录井技术在井场的综合运用，极大的推动了综合录井仪的发展，综合录井仪作为综合地质录井的主要工具，其具有重要作用。综合录井仪集应用电子技术、传感器技术、气相及液相色谱分析、计算机数据采集处理、地质、钻井工程、专家系统评价软件技术于一体，是进行连续随钻录井和钻井过程监控的一种新型石油勘探辅助仪器，它是发现油气藏、评价油气藏的最及时、最直接也是最重要的手段之一，具有获取地下信息及时、多样、分析解释快捷的特点，不仅在新区勘探过程中对参数井、预探井、探井有广泛的应用，而且对老区开发过程中的开发井、调整井的施工也有着十分明显的作用。

目前常用的综合录井仪通常是将各种传感器实时采集的数据经过处理后通过线缆传输到控制中心，以满足生产实时监控和分析决策的需要。其采用有线传输方式，使其必须在开钻前铺设好通讯线路，因此有线传输受地理环境因素影响较大，其在井场搬迁过程中拆卸和安装工作量大，并且容易导致设备的损坏，特别是小型录井仪，由于其测量参数较少，主要应用于生产井，钻井周期较短，一般在几天至十几天之间，这样传感器的拆装工作就显得尤为繁琐。

发明内容

本实用新型提供了一种无线传感器数据中转模块，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有综合录井仪采用线缆传输传感器实时采集的数据，存在需提前铺设线路、受地理环境因素限制、拆卸和安装工作量大、施工效率较低、且易损坏设备的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种无线传感器数据中转模块，包括模拟量采集单元、处理器单元、通信接口单元和供电模块，模拟量采集单元包括八通道模拟信号输入端、八选一电路和高精度ADC；处理器单元包括微控制单元和时钟电路；通信接口单元包括无线信号收发模块；八选一电路分别与八通道模拟信号输入端、高精度ADC和微控制单元电连接在一起，微控制单元上分别电连接有时钟电路、无线信号收发模块，供电模块分别与八选一电路、高精度ADC、微控制单元、时钟电路和无线信号收发模块电连接在一起并为其供电。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述还可包括信号隔离变送器，八选一电路通过信号隔离变送器与高精度ADC电连接在一起，信号隔离变送器的输入端和输出端分别与八选一电路和高精度ADC电连接在一起，信号隔离变送器的供电端与供电模块电连接在一起。

上述信号隔离变送器可为有源高精度信号隔离变送器T5550D/S，八选一电路为MAX4051八选一芯片。

上述无线信号收发模块可为RFC-1100A中功率无线数传模块，高精度ADC为高精度24位模拟数字转换芯片ADS1248。

上述处理器单元还可包括EEPROM和拨码开关，EEPROM和拨码开关分别与微控制单元电连接在一起，EEPROM和拨码开关分别与供电模块电连接在一起。

上述通信接口单元还可包括RS485接口，RS485接口分别与微控制单元和供电模块电连接在一起。

上述还可包括集成电路板，八通道模拟信号输入端、八选一电路、信号隔离变送器、高精度ADC、微控制单元、时钟电路、无线信号收发模块、RS485接口、EEPROM、拨码开关和供电模块均固定安装在集成电路板上。

上述供电模块可包括220V交流电转直流供电模块或/和直流电供电模块。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其通过将各个能实时采集数据的传感器与八通道模拟信号输入端电连接在一起，可将其采集到的数据传输至微控制单元，并通过无线信号收发模块将该信号转换为无线信号发送出去，由此可便于站点对该信号进行无线接收，其采用此无线传输方式无需提前铺设线路，可规避地理环境因素限制，使用方便快捷，减轻拆卸和安装工作量，有效提高施工效率，降低设备的损坏率，节约施工成本。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的结构框图。

附图中的编码分别为：1为八通道模拟信号输入端，2为八选一电路，3为高精度ADC，4为微控制单元，5为时钟电路，6为无线信号收发模块，7为信号隔离变送器，8为EEPROM，9为拨码开关，10为RS485接口，11为集成电路板，12为供电模块。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1所示，该无线传感器数据中转模块包括模拟量采集单元、处理器单元、通信接口单元和供电模块12，模拟量采集单元包括八通道模拟信号输入端1、八选一电路2和高精度ADC3；处理器单元包括微控制单元4和时钟电路5；通信接口单元包括无线信号收发模块6；八选一电路2分别与八通道模拟信号输入端1、高精度ADC3和微控制单元4电连接在一起，微控制单元4上分别电连接有时钟电路5、无线信号收发模块6，供电模块12分别与八选一电路2、高精度ADC3、微控制单元4、时钟电路5和无线信号收发模块6电连接在一起并为其供电。根据需求，高精度ADC3可选用TI公司的高精度24位模拟数字转换芯片ADS1248，它包括一个在线、低噪声、可编程的增益放大器（PGA）,一个带有单周期可设置的数字滤波器的精密ADC和一个内部振荡器，ADS1248的输入通道支持四路差分输入，支持高达2kSPS的数据传输速率；微控制单元4又称单片微型计算机(或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，其可选用MSP430系列单片机，该单片机是美国德州仪器公司推出的16位超低功耗、高性能产品，它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便等优点；时钟电路5选用的芯片是PCF8563，该芯片是PHILIPS公司推出的一款工业级具有极低功耗的CMOS实时多功能时钟/日历芯片，所有的地址和数据通过一个双向两线I2C总线串行传输，芯片最大总线速度为400kbits/s。在使用时，将各个能实时采集数据的传感器的输出端分别通过电缆连接在八通道模拟信号输入端1上，由此可将其采集的数据通过八选一电路2和高精度ADC3转换成微控制单元4可识别的信号，并输入至微控制单元4内，然后通过无线信号收发模块6将该信号转换为无线信号发送出去，在能处理数据的站点也安装一个无线信号收发模块6，即可完成对该无线信号的接收，由此即可实现远程监控的数据采集；当需要接收更多的传感器采集的数据时，可连接多个本实用新型，由站点分别接收其发射出的无线信号；采用此无线传输方式无需提前铺设线路，可规避地理环境因素限制，使用方便快捷，减轻拆卸和安装工作量，有效提高施工效率，降低设备的损坏率，节约施工成本。

可根据实际需要，对上述无线传感器数据中转模块作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，还包括信号隔离变送器7，八选一电路2通过信号隔离变送器7与高精度ADC3电连接在一起，信号隔离变送器7的输入端和输出端分别与八选一电路2和高精度ADC3电连接在一起，信号隔离变送器7的供电端与供电模块12电连接在一起。通过信号隔离变送器7可实现对八选一电路2的信号的隔离，降低干扰，提高收发信号的精度。

如附图1所示，信号隔离变送器7为有源高精度信号隔离变送器7T5550D/S，八选一电路2为MAX4051八选一芯片。MAX4051是低压、CMOS模拟集成芯片，具有低失真、低噪声、高关断隔离度等特点，T5550D/S是一种前级电压信号输入，后级电压输出的有源隔离模块，模块内部嵌入了一个高效微功率电源，可以在向内部信号处理电路供电的同时向外围电路输出一路隔离电源，具有高精度、高线性度、高可靠性等优点。

如附图1所示，无线信号收发模块6为RFC-1100A中功率无线数传模块，高精度ADC3为高精度24位模拟数字转换芯片ADS1248。RFC-1100A中功率无线数传模块工作于433MHz开放ISM频段免许可证使用，最大数传速率500Kbps，接收灵敏度高达-110dBm，最大发射功率100mW（+20dBm），通讯距离可达500-800米；高精度ADC3选用TI公司的高精度24位模拟数字转换芯片ADS1248，它包括一个在线、低噪声、可编程的增益放大器（PGA）,一个带有单周期可设置的数字滤波器的精密ADC和一个内部振荡器。ADS1248的输入通道支持四路差分输入，支持高达2kSPS的数据传输速率。

如附图1所示，处理器单元还包括EEPROM8和拨码开关9，EEPROM8和拨码开关9分别与微控制单元4电连接在一起，EEPROM8和拨码开关9分别与供电模块12电连接在一起。根据需求，EEPROM8为电可擦可编程只读存储器，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，其采用的是AT24C1024,提供1,048,567位的串行可电擦除可编程只读存储器,该设备适合用于许多工业和商业，应用必要的低功耗和低电压的操作；拨码开关9用于设置无线通信选用的无线频段以及模拟量传感器本身的板号。在使用过程中，当同时使用多个本实用新型时，可通过拨码开关9设置不同的地址和编码，便于接收站点的识别；还可将一些需要保密的数据包存储在EEPROM8内，由此增强其使用的安全性。

如附图1所示，通信接口单元还包括RS485接口10，RS485接口10分别与微控制单元4和供电模块12电连接在一起。RS485接口10选用RSM485系列隔离收发器模块，是集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片、总线保护器件于一身，方便嵌入用户设备，使产品具有连接RS-485网络的功能。在使用过程总，RS485接口10可作为备用接口，其可通过有线连接的方式进行信号的传输。

如附图1所示，还包括集成电路板11，八通道模拟信号输入端1、八选一电路2、信号隔离变送器7、高精度ADC3、微控制单元4、时钟电路5、无线信号收发模块6、RS485接口10、EEPROM8、拨码开关9和供电模块12均固定安装在集成电路板11上。通过集成电路板11可将所述的部件均集成为一体并实现其相应的各种电连接关系，这样可使各个部件的安装更加方便快捷、省时高效，还使其便于携带和安装。

如附图1所示，供电模块12包括220V交流电转直流供电模块或/和直流电供电模块。在使用过程中，供电模块12可以为220V交流电转直流供电模块或直流电供电模块中的一种，也可以是两个模块的组合；这样，在现场设有220V交流电时，即可以用220V交流电转直流供电模块为整个电路供电，也可以采用电池组等现有公知的直流电供电模块直接连接电路板为整个电路板供电，这两种供电方式都可以为板子供电，再经过稳压芯片稳压后给相应的模块单元供电。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种无线传感器数据中转模块，其特征在于包括模拟量采集单元、处理器单元、通信接口单元和供电模块，模拟量采集单元包括八通道模拟信号输入端、八选一电路和高精度ADC；处理器单元包括微控制单元和时钟电路；通信接口单元包括无线信号收发模块；八选一电路分别与八通道模拟信号输入端、高精度ADC和微控制单元电连接在一起，微控制单元上分别电连接有时钟电路、无线信号收发模块；供电模块分别与八选一电路、高精度ADC、微控制单元、时钟电路和无线信号收发模块电连接在一起并为其供电。

2.根据权利要求1所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于还包括信号隔离变送器，八选一电路通过信号隔离变送器与高精度ADC电连接在一起，信号隔离变送器的输入端和输出端分别与八选一电路和高精度ADC电连接在一起，信号隔离变送器的供电端与供电模块电连接在一起。

3.根据权利要求2所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于信号隔离变送器为有源高精度信号隔离变送器T5550D/S，八选一电路为MAX4051八选一芯片。

4.根据权利要求1或2或3所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于无线信号收发模块为RFC-1100A中功率无线数传模块，高精度ADC为高精度24位模拟数字转换芯片ADS1248。

5.根据权利要求1或2或3所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于处理器单元还包括EEPROM和拨码开关，EEPROM和拨码开关分别与微控制单元电连接在一起，EEPROM和拨码开关分别与供电模块电连接在一起。

6.根据权利要求4所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于处理器单元还包括EEPROM和拨码开关，EEPROM和拨码开关分别与微控制单元电连接在一起，EEPROM和拨码开关分别与供电模块电连接在一起。

7.根据权利要求1或2或3所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于通信接口单元还包括RS485接口，RS485接口分别与微控制单元和供电模块电连接在一起。

8.根据权利要求6所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于通信接口单元还包括RS485接口，RS485接口分别与微控制单元和供电模块电连接在一起。

9.根据权利要求8所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于还包括集成电路板，八通道模拟信号输入端、八选一电路、信号隔离变送器、高精度ADC、微控制单元、时钟电路、无线信号收发模块、RS485接口、EEPROM、拨码开关和供电模块均固定安装在集成电路板上。

10.根据权利要求9所述的无线传感器数据中转模块，其特征在于供电模块包括220V交流电转直流供电模块或/和直流电供电模块。