基于Arduino的油田施工安全实时监测系统研究

摘要

油田工程建设是油田开发的核心板块之一，具有施工场所偏僻、工作种类繁多、人员流动性较大、作业时间较长、施工环境复杂、施工工序较多等特性。如何能保障油田地面建设施工作业的安全、预防各种安全环保事故的发生同时对施工现场有效管理是油田企业亟待解决的问题。我国石油企业日益重视油田建设工程项目的管理工作，随着行业的改革与发展，企业对施工现场的安全管理的规范化、信息化需求日益迫切，本文根据石油化工行业的特点并结合现场实际情况与需求，设计并实现了施工现场信息化安全管理的需求。
　　油田建设施工现场与普通建筑工程施工现场存在区别，具有点多面广、易燃易爆、有毒有害、作业空间受限等问题，同时人员常与各种机械设备配合施工，导致施工作业面狭小、密闭，无法有效逃离事故现场，给施工人员造成极大风险。现场与救援管理中心距离很远，现有检测仪器为单人手持性，只能实现单一现场报警功能，不能及时上传报警信息，危险发生时无法准确告知救援人员事故地点及事故类型。现场实际运行过程中，由于人员失误或设备误报等原因常导致事故处理时出现报警延误、地点错误、危险物处置措施失当等问题。
　　针对以上问题，本课题实现了一种油田施工安全实时监测系统，系统采用了Arduino控制器和ZigBee无线通讯技术实现了固定站与手持式现场站通信功能。固定站配置NEO-6MGPS模块实现施工现场定位功能，配置环境传感器，由陀螺仪模块确定方位在发生危险时指示逃生方向，同时固定站配置SIM800H模块实现远程数据传输功能。手持站安装可燃气体探测模块、有毒气体探测模块、火焰探测模块、氧含量检测模块，同时安装键盘及显示设备，用于对现场进行编号及明确危险源信息。手持站与固定站联动显示报警。所获取的报警信息及时上传至Yeelink物联网平台，使远端管理人员及应急抢险人员能够及时得到现场情况。
　　该方案可以实现弥补现有单功能手持报警器的不足，实现现场危险的紧急处理，应急信息的自动上传，同时还具有现场管理信息的存储与整理功能。极大方便了施工管理人员，降低了施工现场管理的难度，方便应急救援人员及时掌握现场危险信息及处理过程，大大降低了现场施工风险。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 硫化氢的特性与危害

1．2．1 硫化氢的物理及化学性质

1．2．2 硫化氢的来源

1．2．3 硫化氢对人体的危害

1．2．4 受限空间作业的危险性

1．3 本文的主要工作

第二章 系统总体设计与选型

2．1 系统总体设计

2．1．1 监控系统需求分析

2．1．2 监控系统构架设计

2．2 系统总体选型

2．2．1 控制电路选型

2．2．2 通信系统选型

2．2．3 GSM／GPRS通信系统选型分析

2．2．4 定位模块选型分析

2．2．5 传感器选型分析

2．3 本章小结

第三章 系统硬件设计

3．1 硬件网络组网及系统框架

3．2 现场通信模块电路设计

3．2．1 Xbee模块

3．2．2 Xbee电平转换电路设计

3．3 GSM／GPRS模块电路设计

3．4 传感器转接模块设计

3．5 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 整体软件设计说明

4．1．1 软件设计概述

4．1．2 Arduino开发环境介绍

4．1．3 Arduino软串口设计

4．2 Xbee程序设计

4．3 Yeelink平台通信接口设计

4．4 传感器采集程序的设计

4．4．1 固定站采集程序的设计

4．4．2 手持站采集程序的设计

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

致谢