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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪言

1.1课题的研究背景、内容和意义

1.1.1 课题的研究背景

1.1.2课题的研究内容

1.1.3课题的研究意义

1.2录井数据采集传输系统的发展现状

1.2.1录井仪器发展现状

1.2.2录井仪器数据采集传输系统的发展现状

1.2.3录井无线数据传输技术的研究现状

1.3本文结构安排

第2章录井数据采集与传输系统总体方案

2.1无线数据传输技术

2.1.1几种无线通信技术

2.1.2录井无线数据通信

2.2系统总体结构设计

2.2.1两种通信方案的比较

2.2.2录井无线供电方法

2.3系统模块化结构

2.4系统拟达到的目标

2.5小结

第3章录井数据采集电路的设计

3.1现场传感器的类型

3.2模拟量信号的采集处理

3.2.1模块主控制单元

3.2.2信号调理与采集

3.2.3数字隔离器的应用

3.3数字量信号的采集处理

3.3.1测量原理

3.3.2单片机程序流程

3.3.3泵冲量信号记录

3.4绞车信号的采集处理

3.4.1信号调理过程

3.4.2绞车信号倍频和鉴相

3.4.3低功耗主控制单元

3.5电池电压信号的采集处理

3.5.1 电源管理

3.5.2供电电压采集

3.6系统抗干扰设计

3.6.1硬件抗干扰措施

3.6.2软件抗干扰措施

3.7 小结

第4章录井无线数据通信系统的设计

4.1数传电台的选型

4.1.1几种常用电台

4.1.2录井数据传输电台

4.2数据采集板和电台接口电路设计

4.3系统通信协议

4.3.1 录井工程中的数据量

4.3.2系统通信协议的设计

4.4单片机数据发送软件流程

4.5系统数据的传输过程

4.6小结

第5章 太阳能供电系统的设计

5.1电源系统总体结构

5.2供电系统各组成部分

5.2.1 太阳能发电系统各部分功能

5.2.2太阳能电池的工作原理

5.2.3 蓄电池及充电控制器

5.2.4供电子系统电路设计

5.3太阳能电池板和充电电池容量的计算

5.3.1系统典型功耗测量

5.3.2供电系统各参数计算

5.3.3太阳能供电系统的安装

5.4小结

第6章系统调试和实验分析

6.1电台数据通信系统

6.2数据采集系统测试

6.2.1轮询机制

6.2.2模拟信号测量

6.2.3泵冲信号测量

6.2.4绞车信号测量

6.2.5系统电压采集

6.3现场实验记录

6.3.1 系统通信稳定性测试

6.3.2系统数据准确性测试

6.3.3应用软件运行截图

6.4小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢