基于單片機(jī)的井場儀表參數(shù)無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計

　　1引 言

　　目前，全國油田鉆井現(xiàn)場基本都是有線數(shù)據(jù)傳輸。有線傳輸有很多缺點，現(xiàn)場布線復(fù)雜而且存在安全隱患，鉆井是流動作業(yè)，每鉆一口井就要重新布一次線，這樣既費時又費力，有時還會由于布線走向的問題導(dǎo)致線路被碰斷。一般說來，數(shù)據(jù)線都是空中架設(shè)，風(fēng)吹日曬使數(shù)據(jù)線老化的較快，這樣就帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。鉆井現(xiàn)場有很多公司在作業(yè)，有些參數(shù)各公司是共用的，同一個參數(shù)每個公司都要讀取一次，就需要在同一個測量點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(xiàn)場變送器安裝位置緊張。

　　本系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)，一點發(fā)射多點接收，可以實現(xiàn)信息共享，避免了布線的麻煩，而且流動作業(yè)時可以方便地安裝和拆卸，很好地提高了工作效率。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　如圖1所示，本系統(tǒng)主要分為控制室主機(jī)和現(xiàn)場從機(jī)，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(tǒng)的可靠性、耐高溫性和抗震性。

　　2.1控制室主機(jī)

　　控制室主機(jī)分為控制主機(jī)和旁聽主機(jī)，這是因為鉆井現(xiàn)場有多個單位共同作業(yè)，都需要現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。對于只需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)的單位可安裝旁聽主機(jī)，只接收現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)；對于同時需要對現(xiàn)場電機(jī)進(jìn)行控制的單位可安裝控制主機(jī)。工作原理如圖1所示。

　　主機(jī)由計算機(jī)、單片機(jī)和無線通信模塊FC211等部分組成。主要功能是：訪問分布在現(xiàn)場各種儀表處的從機(jī)，采集他們的各項數(shù)據(jù)，并向從機(jī)發(fā)送控制命令控制電機(jī)的啟／停。

　　2.2現(xiàn)場從機(jī)

　　現(xiàn)場從機(jī)由單片機(jī)部分、電源供電部分、數(shù)據(jù)采集部分、無線通信部分組成。本系統(tǒng)無線通信部分采用FC211無線通信模塊。該模塊數(shù)據(jù)接口為全雙工串行接口，無線傳輸距離為800 m(空曠地)，完全滿足現(xiàn)場使用條件，而且此模塊性能穩(wěn)定，使得整個系統(tǒng)在多機(jī)通信肘能夠穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確管理。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　如圖2所示，該系統(tǒng)的工作原理是：現(xiàn)場從機(jī)分布在鉆井現(xiàn)場的各個位置，將附近的儀表數(shù)據(jù)采集到單片機(jī)內(nèi)的存儲單元，等待控制室主機(jī)查詢。控制室主機(jī)以點名的方式查詢現(xiàn)場從機(jī)，將數(shù)據(jù)采集到主機(jī)內(nèi)，并送到上位機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)控制室主機(jī)查詢從機(jī)時，分布在現(xiàn)場的各個單位的旁聽主機(jī)也會收到現(xiàn)場從機(jī)的數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時更新。當(dāng)控制室需要對現(xiàn)場電機(jī)控制時，就可以向控制電機(jī)的從機(jī)發(fā)控制命令，從機(jī)接到命令將電機(jī)殲啟或停止，并將所檢測的電機(jī)狀態(tài)發(fā)回主機(jī)。

　　通信協(xié)議設(shè)計如下：

　　現(xiàn)場每個從機(jī)都有一個固定的8位地址(通過撥碼開關(guān)設(shè)定)，所以整個網(wǎng)絡(luò)能容納256個從機(jī)?，F(xiàn)場從機(jī)一直處于偵聽狀態(tài)，等待主機(jī)點名。點名命令是一個4 B的命令包，分為兩種，查詢命令和控制命令，格式如下：

　　命令包頭：一個命令包的開始，并說明是哪種命令。0xAA：查詢命令；0xBB：控制命令。
　　從機(jī)地址：被點名的從機(jī)地址，地址范圍是0～255。
　　命令數(shù)據(jù)：當(dāng)為控制命令時，該字節(jié)的后四位表示4路開關(guān)量的狀態(tài)。
　　命令包尾：數(shù)據(jù)包的結(jié)束標(biāo)志，也是從機(jī)判斷命令是否正確接收的標(biāo)志。

　　當(dāng)從機(jī)收到點名命令時，首先判斷命令包中的從機(jī)地址與自己的地址是否相符，如果不是則等待下一次點名，如果是再判斷是哪種命令。如果是查詢命令則首先將自己地址發(fā)送給主機(jī)作為點名確認(rèn)信息，隨后再將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，數(shù)據(jù)包為一個13 B數(shù)據(jù)包，具體格式如下：

　　字節(jié)1：從機(jī)地址；
　　字節(jié)2：主機(jī)用來判斷是否是更新數(shù)據(jù)的標(biāo)志字節(jié)，此字節(jié)為1；
　　字節(jié)3：開關(guān)量輸入輸出，高4位為開關(guān)量輸入，低4位為開關(guān)量輸出；
　　字節(jié)4：脈沖計數(shù)；
　　字節(jié)5～寧節(jié)12：4路十位A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；
　　字節(jié)13：數(shù)據(jù)包結(jié)束字節(jié)。

　　如果是控制命令則首先返回自己的地址作為點名確認(rèn)信息，主機(jī)收到后，將發(fā)送5次命令數(shù)據(jù)，從機(jī)收到后，將這5次收到的數(shù)據(jù)與開始收到的控制命令里的命令數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，將開關(guān)量數(shù)據(jù)傳回到主機(jī)來顯示電機(jī)的工作狀態(tài)，這樣就完成控制室主機(jī)控制現(xiàn)場電機(jī)的過程。 當(dāng)控制室主機(jī)訪問現(xiàn)場從機(jī)時，那些旁聽主機(jī)也收到了現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)，從而不斷更新數(shù)據(jù)。

　　4 結(jié) 語

　　日前此系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到鉆井現(xiàn)場。經(jīng)過實踐，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實時性能良好．可以滿足現(xiàn)場的要求。而且本系統(tǒng)采用的無線通信模塊是基于FSK的調(diào)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(jī)干擾的能力。