【正文】 后顧之憂。 總的來說， 利用 GPRS 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有：“永遠(yuǎn)在線”、“按流量計(jì)費(fèi)”、“高速數(shù)據(jù)傳輸”等優(yōu)點(diǎn)。此外， GPRS 是以營運(yùn)商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準(zhǔn)來計(jì)費(fèi)，從而令每基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 14 個用戶的服務(wù)成本更低 [ 23]。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(luò)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(luò)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(diǎn) 對 點(diǎn) 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(jì)的方案，數(shù)據(jù)中心通過普通的 ADSL（ Asymmetric Digital Subscriber Line） 包月業(yè)務(wù)連接上 Inter。 5） VPN 隧道連接 中國移動的無線 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) DDN 業(yè)務(wù)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(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè) 16 來進(jìn)行連接。應(yīng)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(luò)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(yīng)一致 ） 作為前綴， MODEM 從這兩個字符中檢測出計(jì)算機(jī)使用的波特率、字長、奇偶校驗(yàn)等信息。為使用模塊的 GPRS 功能，應(yīng)用時選用的SIM 卡需要開通 GPRS 業(yè)務(wù)。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(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 通訊模式與 Inter 直接交換數(shù)據(jù)，也就應(yīng)運(yùn) 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(yīng)用還 推出 了 無線 數(shù)字 數(shù)據(jù) 網(wǎng) DDN （ Digital Data Network） 業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)使用數(shù)據(jù)專線連接用戶的數(shù)據(jù)中心和 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) 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(jī)結(jié)合，組成了移動 IP 網(wǎng)絡(luò)，與高速發(fā)展的固定 IP 網(wǎng)實(shí)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(wù) [ 22]。 ? 接入時間短 ?，F(xiàn)在根據(jù)中國移動公司的情況，網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)。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(dá)時只能亡羊補(bǔ)牢， 因此 普通的防盜報警系統(tǒng)只能起到警示作用 。 計(jì)算機(jī) 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(kuò)展，系統(tǒng) 設(shè)計(jì)上 留有擴(kuò)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(jì)算機(jī) 監(jiān)控中心通過 固定的 IP 地址接入 Inter 網(wǎng)絡(luò)，接收監(jiān)測終端采集的 數(shù)據(jù) ；同時 可 下達(dá)各種控制命令給 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端。遠(yuǎn)程監(jiān)測終端把各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至計(jì)算機(jī)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(jì)量方式簡陋，實(shí)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(jì)原則 ， 提出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(dāng)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(yīng)當(dāng)看到對于集中式儲油的管線運(yùn)輸防盜與計(jì)量問題研究的相對較多，而對分布式井場原油 計(jì)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(jì)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)連續(xù)測量，保證了計(jì)量的準(zhǔn)確性 [8]。 隨著我國 國民經(jīng)濟(jì)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(jì)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(luò)化的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)對 分布式油田的 原油 計(jì)量與防盜，降低生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)成本，提高工作效率，以取得更好的經(jīng)濟(jì)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(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) V control of monitoring terminals. GPRS module is posed of BenQ39。 在遠(yuǎn)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(hù)，采用了模塊化的設(shè)計(jì)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(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) III 中首先對 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端軟件開發(fā) 中應(yīng)用 的 編程 方法 進(jìn)行了介紹，然后 對 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端的部分底層驅(qū)動程序以及應(yīng)用層程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明。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(dú)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?。 針對原油的計(jì)量和防盜， 國內(nèi)目前的發(fā)展?fàn)顩r是： 在原油計(jì)量方面，國內(nèi)自 二十世紀(jì)八十年代末在原油計(jì)量管理上推行了三級計(jì)量 [4]（ 分廠計(jì)量、分礦計(jì)量、分隊(duì)計(jì)量 ）， 采用單獨(dú)計(jì)量 、 計(jì)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(jì)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(fù)壓波法，實(shí)現(xiàn)長輸管道的泄漏定位，并實(shí)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(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)。 第 2 章 需求分析。 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(jì)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(jì)量 和丟 盜油問題 。 （ 3） 當(dāng)有偷盜油時，抓拍現(xiàn)場圖片并報警 。 （ 2） 應(yīng)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(kuò)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(jìn)性和實(shí)用性原則 系統(tǒng)從分布式油田的實(shí)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(jì)算機(jī) 監(jiān) 控 中心 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 整個系統(tǒng)分為 遠(yuǎn)程 監(jiān)測終端和計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心兩個部分。 關(guān)于 遠(yuǎn)程監(jiān)測終端各個部分電路的設(shè)計(jì)，后面章節(jié)有詳細(xì)介紹 。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)量和防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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。 基于 GPRS 的分布式油田原油計(jì)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]。無線數(shù)傳電臺的優(yōu)點(diǎn)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。 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(jì)費(fèi)的方式，這將節(jié)約用戶資費(fèi)。 ? 可靠性強(qiáng) 。 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(diǎn)，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 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(diǎn) [ 24]： GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN（ Serving GPRS Suport Node） 和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) 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(biāo) IP 來連接數(shù)據(jù)中心。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。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(shí)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(diǎn)，實(shí)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。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(jì)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(yīng) 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(shí)現(xiàn)的，用戶一般只需要調(diào)用相應(yīng)的 AT 命令對其進(jìn)行設(shè)置，模塊自身就會完成 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和Inter 的互連，然后實(shí)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(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互連。使用該方案的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性，并且速度上較普通 ADSL 更快些 ， 缺點(diǎn)是費(fèi)用稍高，具體情況請咨詢當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)商。網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn) 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(wù)支持節(jié)點(diǎn) SGSN 連通。 （ 2） GPRS 概述 GPRS 是通用無線分組業(yè)務(wù) 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(wù) [ 21]，是 GSM 網(wǎng)絡(luò)向第三代移動通信演進(jìn)過程中的過渡技術(shù)。系統(tǒng)具有自動恢復(fù)功 能 ，在 GPRS 網(wǎng)絡(luò)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(yù) 。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最大可以高達(dá) 170Kbps，速度的高低取決與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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