太阳能供电录井数据采集与无线传输系统的研究

【摘要】： 目前,石油行业中录井仪数据采用有线方式传输,系统供电采用交流市电或柴油机发电。录井现场部分区域现场地理状况布线不便或无交流供电条件,受线缆走向和传感器分布位置的影响,基于RS-485总线或者CAN总线的数据通信方式和有线电缆的供电方式不能完全满足要求。无线通信具有易移动、拆装方便等优点,研究和开发积木式、模块化有线/无线现场可组态录井仪器具有重要意义。 本文结合录井特别是小型开发井录井工程参数数据采集与传输的需要,开发基于太阳能供电的低功耗无线录井数据采集与传输系统。论文的主要工作:提出录井数据采集传输和系统供电的整体方案;通过对现场传感器信号的分析,设计并开发了以低功耗单片机为控制核心的录井数据采集模块,实现了对悬重和泥浆密度等模拟信号的高精度采集、对泵冲信号的准确测量和绞车信号的鉴相、倍频及频率计数;通过测量用电系统功耗,确定了太阳能供电系统具体参数,完成了太阳能电池板、充电控制器及蓄电池的正确选型和电池电压的实时监测;对无线通信系统的数据量进行了分析,制定了通信协议,编写了系统通信接口软件。 实验室整体联调和录井现场实验表明,本系统能够改善录井设备安装任务重、工程准备时间长、应用不便的状况,具备安装方便、功耗低、易于扩展等优点,有广泛的应用前景。 【关键词】：太阳能供电 录井数据采集 无线传输
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P631.83
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪言9-18
• 1.1 课题的研究背景、内容和意义9-13
• 1.1.1 课题的研究背景9-11
• 1.1.2 课题的研究内容11-12
• 1.1.3 课题的研究意义12-13
• 1.2 录井数据采集传输系统的发展现状13-17
• 1.2.1 录井仪器发展现状13-15
• 1.2.2 录井仪器数据采集传输系统的发展现状15-16
• 1.2.3 录井无线数据传输技术的研究现状16-17
• 1.3 本文结构安排17-18
• 第2章 录井数据采集与传输系统总体方案18-24
• 2.1 无线数据传输技术18-20
• 2.1.1 几种无线通信技术18-19
• 2.1.2 录井无线数据通信19-20
• 2.2 系统总体结构设计20-22
• 2.2.1 两种通信方案的比较20-22
• 2.2.2 录井无线供电方法22
• 2.3 系统模块化结构22-23
• 2.4 系统拟达到的目标23
• 2.5 小结23-24
• 第3章 录井数据采集电路的设计24-47
• 3.1 现场传感器的类型24-25
• 3.2 模拟量信号的采集处理25-32
• 3.2.1 模块主控制单元25-27
• 3.2.2 信号调理与采集27-29
• 3.2.3 数字隔离器的应用29-32
• 3.3 数字量信号的采集处理32-35
• 3.3.1 测量原理32-33
• 3.3.2 单片机程序流程33-34
• 3.3.3 泵冲量信号记录34-35
• 3.4 绞车信号的采集处理35-39
• 3.4.1 信号调理过程35-37
• 3.4.2 绞车信号倍频和鉴相37-38
• 3.4.3 低功耗主控制单元38-39
• 3.5 电池电压信号的采集处理39-41
• 3.5.1 电源管理39
• 3.5.2 供电电压采集39-41
• 3.6 系统抗干扰设计41-46
• 3.6.1 硬件抗干扰措施41-43
• 3.6.2 软件抗干扰措施43-46
• 3.7 小结46-47
• 第4章 录井无线数据通信系统的设计47-58
• 4.1 数传电台的选型47-51
• 4.1.1 几种常用电台47-50
• 4.1.2 录井数据传输电台50-51
• 4.2 数据采集板和电台接口电路设计51-54
• 4.3 系统通信协议54-55
• 4.3.1 录井工程中的数据量54
• 4.3.2 系统通信协议的设计54-55
• 4.4 单片机数据发送软件流程55-56
• 4.5 系统数据的传输过程56-57
• 4.6 小结57-58
• 第5章 太阳能供电系统的设计58-68
• 5.1 电源系统总体结构58-59
• 5.2 供电系统各组成部分59-63
• 5.2.1 太阳能发电系统各部分功能59
• 5.2.2 太阳能电池的工作原理59-60
• 5.2.3 蓄电池及充电控制器60-62
• 5.2.4 供电子系统电路设计62-63
• 5.3 太阳能电池板和充电电池容量的计算63-66
• 5.3.1 系统典型功耗测量63-64
• 5.3.2 供电系统各参数计算64-66
• 5.3.3 太阳能供电系统的安装66
• 5.4 小结66-68
• 第6章 系统调试和实验分析68-78
• 6.1 电台数据通信系统68-70
• 6.2 数据采集系统测试70-73
• 6.2.1 轮询机制70
• 6.2.2 模拟信号测量70-71
• 6.2.3 泵冲信号测量71-72
• 6.2.4 绞车信号测量72
• 6.2.5 系统电压采集72-73
• 6.3 现场实验记录73-77
• 6.3.1 系统通信稳定性测试73-74
• 6.3.2 系统数据准确性测试74-76
• 6.3.3 应用软件运行截图76-77
• 6.4 小结77-78
• 结论与展望78-79
• 参考文献79-83
• 附录83-85
• 攻读硕士学位期间取得的成果85-86
• 致谢86

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