基于GPRS的分布式油田原油计量和防盗系统设计

摘要

本课题针对分布式油田的原油计量和丢盗油问题，研究开发了一套基于GPRS的原油计量和防盗系统。系统通过对原油的实时计量，解决长期以来分布式油田存在的计量方式简陋，实时性差，人为误差大的问题：通过盗油报警系统，打击盗油犯罪分子，减少或杜绝偷盗油现象。整个系统旨在提高分布式油田的信息化管理水平。
　　 整个系统包括两个部分：远程监测终端和计算机监控中心。监测终端完成储油罐中原油油位、储油罐阀门状态、以及当防盗报警设备被触发时井场周边图片数据的采集，实现数据通过GPRS网络的发送和接收；计算机监控中心通过固定的IP地址登陆Internet网络，完成数据接收、保存和分析，实时显示各储油罐油位高度、当前阀门状态，并提供报表打印等功能。
　　 在远程监测终端的硬件开发中，为了保证整个硬件配置灵活、易于调试、升级和维护，采用了模块化的设计方法，即依据系统功能自顶向下的把硬件分成了五个模块，分别是数据采集模块、GPRS通信模块、图像采集模块、键盘与显示模块和系统供电模块。数据采集模块以 ARM公司最新的 Cortex-M3内核处理器STM32F103C6T6为核心，负责监测终端总体控制功能；GPRS通信模块由BenQ公司的M23A GSM/GPRS模块及相关外围电路组成，负责数据的发送和接收；图像采集模块负责将视频信号转换成数字信号；键盘与显示模块负责终端的显示和操作；供电模块负责对整个监测终端设备提供工作电源。论文中对数据采集模块、GPRS通信模块和键盘显示模块的电路进行了详细说明。
　　 在远程监测终端的软件开发中，借鉴于实时操作系统进行软件开发的层次化设计方法，在远程监测终端的软件设计中也采用了层次化的软件设计结构。总的来说，整个监测终端软件采用的是先软件分层，再结合有限状态机、利用事件驱动的方法来设计的。论文中首先对远程监测终端软件开发中应用的编程方法进行了介绍，然后对远程监测终端的部分底层驱动程序以及应用层程序的设计进行了详细说明。
　　 论文最后对计算机监控中心的软件开发作了简要说明。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1项目背景及研究的目的和意义

1.2项目的国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4论文的组织结构

2需求分析

2.1系统要解决的问题

2.1.1远程监测终端的要求

2.1.2计算机监控中心的要求

2.2远程监测终端功能分析

2.3计算机监控中心软件功能分析

2.4系统技术参数

2.4.1运行环境

2.4.2测量参数及要求

2.4.3无线通信范围

3总体设计方案

3.1设计原则

3.2系统方案

3.2.1远程监测终端的结构

3.2.2计算机监控中心的结构

3.3系统方案的可行性

3.4系统开发涉及的相关内容

3.4.1 GPRS网络

3.4.2 GPRS模块选型

3.4.3 M23A GSM/GPRS模块

3.4.4 AT指令集

3.4.5远程监测终端的外设备选型

3.4.6远程监测终端的微控制器

3.4.7开发工具

4远程监测终端的硬件电路设计

4.1系统电源设计

4.2数据采集模块的电路设计

4.2.1微控制器外围电路

4.2.2实时时钟电路

4.2.3数据采集模块的供电电路

4.2.4数据采集模块的串行通信电路

4.2.5模拟信号采集电路

4.2.6开关量输入处理电路

4.6.7开关量输出处理电路

4.2.7 LED及蜂鸣器电路

4.2.8 SD卡接口电路

4.3 GPRS通信猫的电路设计

4.3.1 M23A模块供电电路

4.3.2 M23A模块启动电路

4.3.3 M23A模块通信接口电路

4.3.4 SIM卡接口电路

4.4键盘与显示模块的电路设计

5远程监测终端的软件设计

5.1软件设计方法

5.1.1有限状态机

5.1.2事件驱动的程序设计方法

5.2远程监测终端底层驱动程序设计

5.2.1 STM32固件库

5.2.2系统时钟节拍驱动程序

5.2.3串口底层驱动程序

5.2.4 M23A GPRS通信驱动程序

5.2.5图像采集驱动程序

5.2.6开关量采集驱动程序

5.2.7模拟量采集驱动程序

5.2.8 SD卡驱动程序

5.2.9键盘与显示驱动程序

5.3远程监测终端应用层程序设计

6计算机监控中心的软件开发

6.1数据库的选择

6.2功能模块的设计

6.2.1用户管理模块

6.2.2系统查询模块

7结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的论文目录及参与的项目