【正文】 后顧之憂。 總的來說， 利用 GPRS 進行數(shù)據(jù)傳輸具有：“永遠在線”、“按流量計費”、“高速數(shù)據(jù)傳輸”等優(yōu)點。此外， GPRS 是以營運商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準來計費，從而令每基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè) 14 個用戶的服務成本更低 [ 23]。 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 15 G P R S 數(shù) 據(jù) 采 集 終 端G P R S 無 線 基 站I n t e r n e t 網(wǎng) 絡A D S L M o d e m數(shù) 據(jù) 中 心 通 過 A D S L 撥 號 上 網(wǎng)數(shù) 據(jù) 中 心 申 請 固 定 的 公 網(wǎng) I P內(nèi) 部 設(shè) 備G P R S 網(wǎng) 絡專 線 方 式 連 接 至 移 動 網(wǎng) 關(guān)V P N 隧 道 連 接G P R S 通 信 貓點 對 點 連 接 圖 36 GPRS 幾種組網(wǎng)方式 Fig36 Several GPRS’work connections modes 1）數(shù)據(jù)中心通過 ADSL 撥號上網(wǎng) 這是一種最經(jīng)濟的方案，數(shù)據(jù)中心通過普通的 ADSL（ Asymmetric Digital Subscriber Line） 包月業(yè)務連接上 Inter。 5） VPN 隧道連接 中國移動的無線 數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng) DDN 業(yè)務除了數(shù) 據(jù)專線方式外還有 VPN 隧道方式，該方式指數(shù)據(jù)中心通過公共 Inter 與 GPRS 接入平臺間建立起 IP 隧道基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè) 16 來進行連接。應用此類模塊時，終 端軟件基本要求 是 要能處理 PPP 撥號和網(wǎng)絡協(xié)議 。這 44 個引腳大致 可以劃分為 5 類，即電源 接口 、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、 SIM 卡 接口 、音頻接口和 控制接口。 AT 命令通常是由字符 AT 或 at（ 大小寫應一致 ） 作為前綴， MODEM 從這兩個字符中檢測出計算機使用的波特率、字長、奇偶校驗等信息。為使用模塊的 GPRS 功能，應用時選用的SIM 卡需要開通 GPRS 業(yè)務。代表如 Siemens 公司的 TC4 Motorola G SIMCOM 公司的 SIM100、 BenQ 公司的 M23A 等。無線用戶可以 很方便地采用熟悉 的 標準 TCP/IP 通訊模式與 Inter 直接交換數(shù)據(jù)，也就應運 而 生了 GPRS 終端產(chǎn) 品。 3）數(shù)據(jù)中心使用專線方式連接至移動網(wǎng)關(guān) 中國移動 針對行業(yè) 應用還 推出 了 無線 數(shù)字 數(shù)據(jù) 網(wǎng) DDN （ Digital Data Network） 業(yè)務，該業(yè)務使用數(shù)據(jù)專線連接用戶的數(shù)據(jù)中心和 GPRS 網(wǎng)絡的 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 GGSN。圖 35 給出了 GPRS 與Inter 連接 的 框圖。 GPRS 將移動通信技術(shù)和 IP 技術(shù)有機結(jié)合，組成了移動 IP 網(wǎng)絡，與高速發(fā)展的固定 IP 網(wǎng)實現(xiàn)無縫連接，為用戶提供數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體業(yè)務 [ 22]。 ? 接入時間短 ?，F(xiàn)在根據(jù)中國移動公司的情況，網(wǎng)絡的傳輸速度可以穩(wěn)定在 20~40Kbps。這是一種非連續(xù)性數(shù)據(jù)傳輸，具有通信范圍廣的特點。各 數(shù)據(jù)傳輸方式的 比較 見表 31[ 16]。 在防盜監(jiān)控方面，由于分布式油田的油井大多分散在人煙稀少的山脈里，即使 報警， 待 相關(guān)人員到達時只能亡羊補牢， 因此 普通的防盜報警系統(tǒng)只能起到警示作用 。 計算機 監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。 為方便以后系統(tǒng) 功能 的擴展，系統(tǒng) 設(shè)計上 留有擴展余地，使整個系統(tǒng)具有發(fā)展?jié)摿?，能順利過渡到下一 代。 （ 3）視頻信號接口方式： RS232。提供多種打印 方式 ，可根據(jù)需要將報表打印出來。 計算機 監(jiān)控中心通過 固定的 IP 地址接入 Inter 網(wǎng)絡，接收監(jiān)測終端采集的 數(shù)據(jù) ；同時 可 下達各種控制命令給 遠程 監(jiān)測終端。遠程監(jiān)測終端把各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過 GPRS 無線網(wǎng)絡發(fā)送至計算機監(jiān)控中心，其通訊方式采用 突發(fā)事件主動上報和定時上報兩種。 （ 5） 建立數(shù)據(jù)庫存儲現(xiàn)場數(shù)據(jù) 。 （ 6） 現(xiàn)場調(diào)試、參數(shù)設(shè)置功能。解決長期以來油田存在的計量方式簡陋，實時性差，人為誤差大的問題。文中 簡要 介紹了 系統(tǒng)中使用的 數(shù)據(jù)庫 和 監(jiān)控中心部分功能模塊 。 首先說明了整個系統(tǒng) 的 設(shè)計原則 ， 提出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案。 （ 4）建立可靠的防盜報警系統(tǒng) 原油的防盜報警是 整個系統(tǒng)的重要 功能， 從多個方面保證報警系統(tǒng)的可靠性，一是研究放油閥門異常開啟的報警，即 開關(guān)報警量；二是研究 油位 在非正常時間，異常變化的報警，即模擬 報警量；三是 當有異常報警發(fā)生時，采集現(xiàn)場圖片數(shù)據(jù)，為日后辦案提供證據(jù)。但在迅速發(fā)展的同時還應當看到對于集中式儲油的管線運輸防盜與計量問題研究的相對較多，而對分布式井場原油 計量 與 防盜 和現(xiàn)場設(shè)備防盜的研究相對較少 。長慶氣田采用差壓式孔板流量計，實現(xiàn)了計算機連續(xù)測量，保證了計量的準確性 [8]。 隨著我國 國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對石油的需求也日益增多，面對市場經(jīng)濟中石油 企業(yè)之間的激烈競爭，如何采用集中化、自動化、網(wǎng)絡化的技術(shù)手段來實現(xiàn)對 分布式油田的 原油 計量與防盜，降低生產(chǎn)運行維護成本，提高工作效率，以取得更好的經(jīng)濟效益，是分布式油田 管 理 面臨的新 問題 。s latest CortexM3 processor STM32F103C6T6, which is in charge of the whole 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 V control of monitoring terminals. GPRS module is posed of BenQ39。 在遠程監(jiān)測終端的硬件開發(fā)中，為了保證整個硬件配置靈活、易于調(diào)試、升級和維護，采用了模塊化的設(shè)計方法，即依據(jù)系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五個模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、 GPRS通信模塊、圖像采集模塊、鍵盤與顯示模塊和系統(tǒng)供電模塊。整個系統(tǒng) 旨在提高分布式油田的信息化管理水平。 論文 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計 III 中首先對 遠程監(jiān)測終端軟件開發(fā) 中應用 的 編程 方法 進行了介紹，然后 對 遠程 監(jiān)測終端的部分底層驅(qū)動程序以及應用層程序的設(shè)計進行了詳細說明。由于各個井場 儲油罐相距較遠 ，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輸?shù)絻τ椭行?。 針對原油的計量和防盜， 國內(nèi)目前的發(fā)展狀況是： 在原油計量方面，國內(nèi)自 二十世紀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。李華工程師在長慶油田采用瞬態(tài)負壓波法，實現(xiàn)長輸管道的泄漏定位，并實時反饋 給 控制中心 [12]。 （ 3）無線數(shù)據(jù)傳輸 由于各井場分散式布局，距離遠，地形地貌復雜，從經(jīng)濟安全角度考慮，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 第 2 章 需求分析。 遠程 監(jiān)測終端的軟件通過 先 分層、結(jié)合有限狀態(tài)機、利用事件驅(qū)動的編程思想來設(shè)計的。 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 。 （ 3） 當有偷盜油時，抓拍現(xiàn)場圖片并報警 。 （ 2） 應能自動生成油罐存油的日、月 、年 報表。 （ 2） 具有 數(shù)據(jù)處理功能 。 （ 5） 具備 一定 的 功能 擴展 能力 。 （ 4）報表功能。 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。 （ 2）先進性和實用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實際需求出發(fā)， 遠程 監(jiān)測終端既可單機運行，也可以與 計算機 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網(wǎng)運行。 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 遠程 監(jiān)測終端和計算機監(jiān)控中心兩個部分。 關(guān)于 遠程監(jiān)測終端各個部分電路的設(shè)計，后面章節(jié)有詳細介紹 。 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，因精度和應用范圍的限制，不具備通用性，多用于小型 油罐 上。 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 （ 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]。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外，平時運行無需格外費用。 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行付費，改變以往按連接時間計費的方式，這將節(jié)約用戶資費。 ? 可靠性強 。 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)絡化、開放式特點，在工業(yè)控制、環(huán)境保護、水利水文監(jiān)測、報警等領(lǐng)域中得到愈來愈廣泛的應用 [19] [20]。 GPRS 是在原 有的基于 電 路交換數(shù)據(jù)業(yè) 務 CSD（ Circuitswitched data services） 方式的 GSM（ Global System of Mobile munication） 網(wǎng)絡上引入了 兩個新的網(wǎng)絡節(jié)點 [ 24]： GPRS 服務支持節(jié)點 SGSN（ Serving GPRS Suport Node） 和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 GGSN（ Gateway GPRS Suport Node）。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 IP 來連接數(shù)據(jù)中心。該方案比專線方式更經(jīng)濟，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。當處理能力不強或沒有操作系統(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)任務較重，有時甚至超過了應用本身的工 作量。在接口座上各引腳的編號及位置如圖 37 所示。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。 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 BU 1 蜂鳴器 驅(qū)動引腳 基于 GPRS 的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè) 18 GPIO 6 常規(guī)用途 I/O Power On 1 啟動引腳 LED Driver 1 二極 管驅(qū)動 引腳 SIM 4 SIM 卡接口 VBATRF 3 電 源 輸入 VBATBB 1 電池輸入 Audio 7 音頻信號接 口 Keypad Interrupt 1 鍵盤中斷 BGND 10 地 ANT 1 天線 M23A GSM/GPRS 模塊支持外部 SIM 卡，可以直接和 的 SIM 連接，模塊能自動檢測和適應 SIM 卡類型。 （ 2） 內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議 棧的 GPRS 模塊 這 一類 模塊是 在通用 GPRS 模塊基礎(chǔ)上內(nèi)置 TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)的，用戶一般只需要調(diào)用相應的 AT 命令對其進行設(shè)置，模塊自身就會完成 GPRS 網(wǎng)絡和Inter 的互連，然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，開發(fā)過程比較簡單。 GPRS 模塊選型 GPRS 技術(shù)把 Inter 的通訊方式引入到了無線通信領(lǐng)域，實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡的互連。使用該方案的優(yōu)點是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些 ， 缺點是費用稍高，具體情況請咨詢當?shù)氐木W(wǎng)絡服務商。網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點 GGSN 支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于 IP的 GPRS 骨干網(wǎng)和 GPRS 服務支持節(jié)點 SGSN 連通。 （ 2） GPRS 概述 GPRS 是通用無線分組業(yè)務 General Packet Radio System 的縮寫， 是在現(xiàn)有 GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務 [ 21]，是 GSM 網(wǎng)絡向第三代移動通信演進過程中的過渡技術(shù)。系統(tǒng)具有自動恢復功 能 ，在 GPRS 網(wǎng)絡狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，而無需人工干預 。 GPRS 網(wǎng)絡的傳輸速度最大可以高達 170Kbps，速度的高低取決與網(wǎng)絡運營商的設(shè)置。 3） 基于 GSM 短消息的數(shù)據(jù)傳輸。 目前 常用 有線和無線 的通 信 方式 主要 有： 電話線撥號 、無線數(shù)傳電臺、基于 GSM