【正文】 ....76 功能模塊的設(shè)計 ...................................................................................77 用戶管理模塊 .............................................................................77 系統(tǒng)查詢模塊 .............................................................................79 7 結(jié)論 ...............................................................................................................81 致 謝 .................................................................................................................82 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................83 附錄 A：數(shù)據(jù)采集板原理圖 11 ........................................................................86 附錄 B：數(shù)據(jù)采集板原理圖 12 ........................................................................87 附錄 C： GPRS 通信貓原理圖 ..............................................................................88 附錄 D：鍵盤顯示板原理圖 ...............................................................................89 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄 ..........................................................................90 攻讀學(xué)位期間參與的項目 .................................................................................90 原創(chuàng)性聲明及關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 ...................................................91 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒論 項目 背景及研究的目的和意義 能源問題是一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，它嚴(yán)重影響著工業(yè) 化進(jìn)程的步伐。由于各個井場 儲油罐相距較遠(yuǎn) ，目前采用的儲油方法是各井場獨立存油，一段時間后再 通過拉油車將原油運(yùn)輸?shù)絻τ椭行?。 針對分布式油田原油計量和防盜存在的問題， 本 論文 提出了油田的原油計量和防盜的自動化監(jiān)控管理方案。 針對原油的計量和防盜， 國內(nèi)目前的發(fā)展?fàn)顩r是： 在原油計量方面，國內(nèi)自 二十世紀(jì)八十年代末在原油計量管理上推行了三級計量 [4]（ 分廠計量、分礦計量、分隊計量 ）， 采用單獨計量 、 計算管理模式 ， 該模式對于當(dāng)時國內(nèi)各油田都處于開發(fā)中期環(huán)境下 ， 原油生產(chǎn)計量 、 外輸交接 、 生產(chǎn)管理與決策起到了很大的作用。袁波等人應(yīng)用玻璃管液面計 量法，實現(xiàn)對油田的遙控遙測 和 無人值守 [9]。李華工程師在長慶油田采用瞬態(tài)負(fù)壓波法，實現(xiàn)長輸管道的泄漏定位，并實時反饋 給 控制中心 [12]。 論文 的主要研究內(nèi)容 分布式油田原油 計量 與 防盜 系統(tǒng) 是要實現(xiàn)在生產(chǎn)管理控制中心，對分散在各局部地域儲油罐的實時監(jiān)控，隨時掌握各油罐的儲油量及總體儲油量， 同時基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 3 若有 原油 被盜 時現(xiàn)場報警， 拍攝 現(xiàn)場 照片 ，以 為日后辦案提供證據(jù) 的功能 。 （ 3）無線數(shù)據(jù)傳輸 由于各井場分散式布局，距離遠(yuǎn)，地形地貌復(fù)雜，從經(jīng)濟(jì)安全角度考慮，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。此外 考慮現(xiàn)場經(jīng)常也有其他設(shè)備被盜的現(xiàn)象，同時也要研究諸如變壓器、電機(jī)等設(shè)備的防盜報警功能。 第 2 章 需求分析。整個系統(tǒng)由 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端和計算機(jī)監(jiān)控中心兩個部分組成，介紹了這兩個部分的結(jié)構(gòu)框圖，然后對整個系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析，最后對 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端 開發(fā)將用到 的 相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹。 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端的軟件通過 先 分層、結(jié)合有限狀態(tài)機(jī)、利用事件驅(qū)動的編程思想來設(shè)計的。 第 7 章 結(jié)論。 系統(tǒng) 要解決的問題 整個 系統(tǒng) 主要解決 分布式油田的原油 計量 和丟 盜油問題 。 （ 2）設(shè)計 防盜油報警系統(tǒng)。 （ 3） 當(dāng)有偷盜油時，抓拍現(xiàn)場圖片并報警 。 （ 7） 故障自診斷功能。 （ 2） 應(yīng)能自動生成油罐存油的日、月 、年 報表。 （ 6）及時的數(shù)據(jù)備份，保證 數(shù)據(jù)不丟失。 （ 2） 具有 數(shù)據(jù)處理功能 。遠(yuǎn)程監(jiān)測終端也能接收來自監(jiān)控中心的各種命令。 （ 5） 具備 一定 的 功能 擴(kuò)展 能力 。 （ 2）數(shù)據(jù)庫管理及數(shù)據(jù)處理功能。 （ 4）報表功能?？纱蛴〉膬?nèi)容包括各種報表、統(tǒng)計圖表、趨勢曲線 等 各種表格。 測量參數(shù)及要求 本系統(tǒng) 監(jiān)測 的 物理量 共三種 ，分別是 模擬 量 信號 、開關(guān)量 信號 和視頻信號。 無線通信范圍 GPRS：在移動基站覆蓋的地域 。 （ 2）先進(jìn)性和實用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實際需求出發(fā)， 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端既可單機(jī)運(yùn)行，也可以與 計算機(jī) 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 （ 4）操作、維護(hù)的簡便性原則 根據(jù)簡便性原則，產(chǎn)品設(shè)計要便于操作 。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 9 整個系統(tǒng)分為 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端和計算機(jī)監(jiān)控中心兩個部分。 監(jiān) 測 終 端監(jiān) 測 終 端監(jiān) 測 終 端監(jiān) 測 終 端移 動 G P R S 網(wǎng) 絡(luò)I n t e r n e t 網(wǎng) 絡(luò)監(jiān) 控 中 心儲 油 罐儲 油 罐儲 油 罐儲 油 罐 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié) 構(gòu)框圖 Fig31 Overall system structure diagram 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端的結(jié)構(gòu) 根據(jù)整個系統(tǒng)對監(jiān)測終端的功能 需求 ， 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖32 所示。 關(guān)于 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端各個部分電路的設(shè)計，后面章節(jié)有詳細(xì)介紹 。 I n t e r n e t 網(wǎng) 絡(luò)打 印 機(jī)監(jiān) 控 中 心 服 務(wù) 器U S B固 定 I P 地 址 圖 33 監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)框圖 Fig33 Control center structure diagram 本系統(tǒng)設(shè)計中選用了 數(shù)據(jù)中心申請固定的公網(wǎng) IP 的方式， 采用該方式對整個系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用影響不大，但卻可提高通信質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴? 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 11 液 位 測 量 方 法接 觸 測 量 法非 接 觸 測 量 法靜壓式電容式電感式稱重式浮沉式光電式超聲波r射線激光線紅外線 圖 34 液位測量方法 Fig34 Level measuring method 隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，非接觸測量法 中的 浮沉式的測量方法 因 機(jī)械部分 不便于維修和更換，現(xiàn)在很少會使用它，熱感式、電感式和稱重式測量方法，因精度和應(yīng)用范圍的限制，不具備通用性，多用于小型 油罐 上。 本系統(tǒng)中 應(yīng)用了 紅外線 傳感器和 攝像設(shè)備， 當(dāng)紅外線傳感器被觸發(fā)有警情出現(xiàn)時， 攝像設(shè)備 拍攝井場附近的圖片，為日后辦 案提供證據(jù)，這樣可有效打擊盜油犯罪分子，從而減少或杜絕偷盜油現(xiàn)象，提高經(jīng)濟(jì)效益。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè) 12 系統(tǒng) 開發(fā) 涉及的相關(guān) 內(nèi)容 GPRS 網(wǎng)絡(luò) （ 1）幾種通信方式的比較 按傳遞信息的媒質(zhì)不同，通信可分為兩大類 [ 15]。 表 31 各數(shù)據(jù)傳輸方式的 比較 Tab31 Comparison of various data transmission modes 電話線撥號 無線數(shù)傳電臺 短消息 GPRS 模式 覆蓋范圍 窄 20Km 較寬 較寬 通信速率 56Kbps 160 字節(jié) /包 ~ 建設(shè)成本 高 高 較低 較低 運(yùn)行費(fèi)用 高 一般 較高 較低 實時性 差 差 差 高 可靠性 一般 低 一般 較高 相比于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模式，其它 各通訊方式的 優(yōu)缺點 如下 [16]： 1） 電話線撥號 。無線數(shù)傳電臺的優(yōu)點是傳輸頻帶較寬，通信容量較大 ， 除了交每年的占頻費(fèi)外，平時運(yùn)行無需格外費(fèi)用。其主要缺點是信息按條收費(fèi)，費(fèi)用較高 ， 只能傳送小流量數(shù)據(jù)（限于 160 字節(jié)）， 存在短消息延時、丟失 和 擁塞等現(xiàn)象 ， 實 時性不強(qiáng) 。 用戶可以保持一直在線，只有在讀取數(shù)據(jù)的時候占用資源并進(jìn)行付費(fèi)，改變以往按連接時間計費(fèi)的方式，這將節(jié)約用戶資費(fèi)。 ? 組網(wǎng)簡單 。 ? 可靠性強(qiáng) 。 GPRS 接入等待時間短，可快速建立連接，平均耗時為兩秒 。 GPRS 作為目前和將來大規(guī)模發(fā)展的一種組網(wǎng)方式，具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化、開放式特點，在工業(yè)控制、環(huán)境保護(hù)、水利水文監(jiān)測、報警等領(lǐng)域中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用 [19] [20]。 GPRS 采用與 GSM 相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的 TDMA 幀結(jié)構(gòu)。 GPRS 是在原 有的基于 電 路交換數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù) CSD（ Circuitswitched data services） 方式的 GSM（ Global System of Mobile munication） 網(wǎng)絡(luò)上引入了 兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 [ 24]： GPRS 服務(wù)支持節(jié)點 SGSN（ Serving GPRS Suport Node） 和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 GGSN（ Gateway GPRS Suport Node）。 G P R S 骨 干 網(wǎng)S G S NB S SG P R S 模 塊I n t e r n e tG G S N數(shù) 據(jù) 中 心 圖 35 GPRS 與 Inter 連接框圖 Fig35 GPRS link with Inter diagram GPRS 終端通過接口從 數(shù)據(jù)采集器 取得數(shù)據(jù)，處理后的 GPRS 分組數(shù)據(jù)發(fā)送到 GSM 基站。但是每次連上 Inter 后數(shù)據(jù)中心獲得的公網(wǎng) IP 地址都不一樣，所以在 GPRS 數(shù)據(jù)采集終端 中無法直接設(shè)置目標(biāo) IP 來連接數(shù)據(jù)中心。該方案的優(yōu)點是具有更高的速度和更低的時延，并且在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和在數(shù)據(jù)安全性方面也有較大的提高 ， 但是費(fèi)用較高。該方案比專線方式更經(jīng)濟(jì)，而速度和數(shù)據(jù)安全性比數(shù)據(jù)中心通過ADSL 撥號上網(wǎng)的方案更有優(yōu)勢。 GPRS 模塊就是為使用 GPRS 服務(wù) 而開發(fā)的無線通信終端設(shè)備， 因此在開發(fā) GPRS 終端產(chǎn) 品的時候，就而臨著如何 選擇一 個低成本、易開發(fā)的 GPRS 模塊的問題。當(dāng)處理能力不強(qiáng)或沒有操作系統(tǒng)時，需要用戶自己開發(fā)或者移植一 些協(xié)議，編程實現(xiàn) GPRS 的撥號上網(wǎng)、 PPP 配置并最終建立 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點，實現(xiàn) GPRS 的附著和激活過程，此后才能與 Inter 通信，因此用戶的開發(fā)任務(wù)較重，有時甚至超過了應(yīng)用本身的工 作量。 隨著 GPRS 技術(shù)的不斷發(fā)展， GPRS 模塊的功能越來越強(qiáng)大，成本卻越來越 低，綜合考慮到成本和開發(fā)難度，做無線數(shù)據(jù)傳輸開發(fā)時選用內(nèi)置 TCP/IP協(xié)議棧的 GPRS 模塊才是明智之舉，因此在遠(yuǎn)程監(jiān)測終端的開發(fā)中選 用的是BenQ 公司 內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議棧 的 M23A GSM/GPRS 模塊。在接口座上各引腳的編號及位置如圖 37 所示。 M23A GSM/GPRS 模塊還提供標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 串行接口，用戶通過串行口使用 AT 命令完成對模塊的 操作。發(fā) 給 MODEM的指令一般使用 7 個數(shù)據(jù)位、一個奇偶位和一個停止位組成的幀，也可以使用有 8 個數(shù)據(jù)位 、 無奇偶位和 1 個停止位組成的幀 ，另 每個 AT 指令都是以 “ \r\n”作為結(jié)束符。由于 Hayes 公司生產(chǎn)的MODEM 產(chǎn)品在工業(yè)界占有主導(dǎo)的地位，為了保持產(chǎn)品的兼容性，其它 MODEM制造廠商也接受并使用了 AT 指令，因此 AT 命令目前在工業(yè)界已經(jīng)成為一個事實標(biāo)準(zhǔn)，非 Hayes 公司的 MODEM 產(chǎn)品也都支持 AT 指令集。 表 32 M23A 模塊引腳功能 Tab32 M23A module pins’ function 接口名稱 引腳數(shù)量 功能說明 UART/RS232 6 RS232 傳輸接口 UART2 2 內(nèi)部 軟件調(diào)試