基于單片機的井場(chǎng)儀表參數無(wú)線(xiàn)傳輸系統設計

　　1引 言

　　目前，全國油田鉆井現場(chǎng)基本都是有線(xiàn)數據傳輸。有線(xiàn)傳輸有很多缺點(diǎn)，現場(chǎng)布線(xiàn)復雜而且存在安全隱患，鉆井是流動(dòng)作業(yè)，每鉆一口井就要重新布一次線(xiàn)，這樣既費時(shí)又費力，有時(shí)還會(huì )由于布線(xiàn)走向的問(wèn)題導致線(xiàn)路被碰斷。一般說(shuō)來(lái)，數據線(xiàn)都是空中架設，風(fēng)吹日曬使數據線(xiàn)老化的較快，這樣就帶來(lái)直接的經(jīng)濟損失。鉆井現場(chǎng)有很多公司在作業(yè)，有些參數各公司是共用的，同一個(gè)參數每個(gè)公司都要讀取一次，就需要在同一個(gè)測量點(diǎn)上安裝兩臺甚至更多的變送器，這樣既造成了浪費又使得現場(chǎng)變送器安裝位置緊張。

　　本系統采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，一點(diǎn)發(fā)射多點(diǎn)接收，可以實(shí)現信息共享，避免了布線(xiàn)的麻煩，而且流動(dòng)作業(yè)時(shí)可以方便地安裝和拆卸，很好地提高了工作效率。

　　2系統硬件設計

　　如圖1所示，本系統主要分為控制室主機和現場(chǎng)從機，且所有元件均選用符合工業(yè)級要求的產(chǎn)品，大大提高了系統的可靠性、耐高溫性和抗震性。

　　2.1控制室主機

　　控制室主機分為控制主機和旁聽(tīng)主機，這是因為鉆井現場(chǎng)有多個(gè)單位共同作業(yè)，都需要現場(chǎng)的數據。對于只需要現場(chǎng)數據的單位可安裝旁聽(tīng)主機，只接收現場(chǎng)的各種數據；對于同時(shí)需要對現場(chǎng)電機進(jìn)行控制的單位可安裝控制主機。工作原理如圖1所示。

　　主機由計算機、單片機和無(wú)線(xiàn)通信模塊FC211等部分組成。主要功能是：訪(fǎng)問(wèn)分布在現場(chǎng)各種儀表處的從機，采集他們的各項數據，并向從機發(fā)送控制命令控制電機的啟／停。

　　2.2現場(chǎng)從機

　　現場(chǎng)從機由單片機部分、電源供電部分、數據采集部分、無(wú)線(xiàn)通信部分組成。本系統無(wú)線(xiàn)通信部分采用FC211無(wú)線(xiàn)通信模塊。該模塊數據接口為全雙工串行接口，無(wú)線(xiàn)傳輸距離為800 m(空曠地)，完全滿(mǎn)足現場(chǎng)使用條件，而且此模塊性能穩定，使得整個(gè)系統在多機通信肘能夠穩定運行，實(shí)現了對現場(chǎng)數據的準確管理。

　　3系統軟件設計

　　如圖2所示，該系統的工作原理是：現場(chǎng)從機分布在鉆井現場(chǎng)的各個(gè)位置，將附近的儀表數據采集到單片機內的存儲單元，等待控制室主機查詢(xún)?？刂剖抑鳈C以點(diǎn)名的方式查詢(xún)現場(chǎng)從機，將數據采集到主機內，并送到上位機進(jìn)行處理。當控制室主機查詢(xún)從機時(shí)，分布在現場(chǎng)的各個(gè)單位的旁聽(tīng)主機也會(huì )收到現場(chǎng)從機的數據，這樣就實(shí)現了現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)更新。當控制室需要對現場(chǎng)電機控制時(shí)，就可以向控制電機的從機發(fā)控制命令，從機接到命令將電機殲啟或停止，并將所檢測的電機狀態(tài)發(fā)回主機。

　　通信協(xié)議設計如下：

　　現場(chǎng)每個(gè)從機都有一個(gè)固定的8位地址(通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設定)，所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò )能容納256個(gè)從機?，F場(chǎng)從機一直處于偵聽(tīng)狀態(tài)，等待主機點(diǎn)名。點(diǎn)名命令是一個(gè)4 B的命令包，分為兩種，查詢(xún)命令和控制命令，格式如下：

　　命令包頭：一個(gè)命令包的開(kāi)始，并說(shuō)明是哪種命令。0xAA：查詢(xún)命令；0xBB：控制命令。
　　從機地址：被點(diǎn)名的從機地址，地址范圍是0～255。
　　命令數據：當為控制命令時(shí)，該字節的后四位表示4路開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。
　　命令包尾：數據包的結束標志，也是從機判斷命令是否正確接收的標志。

　　當從機收到點(diǎn)名命令時(shí)，首先判斷命令包中的從機地址與自己的地址是否相符，如果不是則等待下一次點(diǎn)名，如果是再判斷是哪種命令。如果是查詢(xún)命令則首先將自己地址發(fā)送給主機作為點(diǎn)名確認信息，隨后再將數據包發(fā)送出去，數據包為一個(gè)13 B數據包，具體格式如下：

　　字節1：從機地址；
　　字節2：主機用來(lái)判斷是否是更新數據的標志字節，此字節為1；
　　字節3：開(kāi)關(guān)量輸入輸出，高4位為開(kāi)關(guān)量輸入，低4位為開(kāi)關(guān)量輸出；
　　字節4：脈沖計數；
　　字節5～寧節12：4路十位A／D轉換數據；
　　字節13：數據包結束字節。

　　如果是控制命令則首先返回自己的地址作為點(diǎn)名確認信息，主機收到后，將發(fā)送5次命令數據，從機收到后，將這5次收到的數據與開(kāi)始收到的控制命令里的命令數據比較，如果一致則將命令輸出到I／O口，控制繼電器，0.5 s后再采集一次數據，將開(kāi)關(guān)量數據傳回到主機來(lái)顯示電機的工作狀態(tài)，這樣就完成控制室主機控制現場(chǎng)電機的過(guò)程。 當控制室主機訪(fǎng)問(wèn)現場(chǎng)從機時(shí)，那些旁聽(tīng)主機也收到了現場(chǎng)傳來(lái)的數據，從而不斷更新數據。

　　4 結 語(yǔ)

　　日前此系統已經(jīng)應用到鉆井現場(chǎng)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，本系統運行穩定，實(shí)時(shí)性能良好．可以滿(mǎn)足現場(chǎng)的要求。而且本系統采用的無(wú)線(xiàn)通信模塊是基于FSK的調制方式，采用高效信道編碼技術(shù)，具有抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力。