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正文內(nèi)容

基于gprs的分布式油田原油計量和防盜系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-07-24 17:54 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 Internet 時,可以使用點對點連接方式。在這種方式下,與數(shù)據(jù)中心相連的GPRS通信終端要設(shè)置為服務(wù)器模式,遠程的GPRS數(shù)據(jù)采集終端要配置為客戶機模式。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(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Internet與GPRS接入平臺間建立起IP隧道來進行連接。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。在分布式油田原油計量與防盜系統(tǒng)的開發(fā)中,綜合考慮以上幾種GPRS組網(wǎng)方式的優(yōu)缺點,以及為便于整個系統(tǒng)的開發(fā)和后期維護,我們使用了數(shù)據(jù)中心申請固定的公網(wǎng)IP的組網(wǎng)方式。 GPRS模塊選型GPRS技術(shù)把Internet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(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的互連。無線用戶可以很方便地采用熟悉的標準TCP/IP通訊模式與Internet直接交換數(shù)據(jù),也就應(yīng)運而生了GPRS終端產(chǎn)品。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。目前市場上GPRS模塊很多,從功能來分,GPRS模塊可以分為兩類:通用的GPRS模塊和內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊。(1)通用的GPRS模塊這一類模塊的特點是只支持GPRS短信的收發(fā)模式,本身不具備TCP/IP協(xié)議處理功能。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。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(luò)節(jié)點,實現(xiàn)GPRS的附著和激活過程,此后才能與Internet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。此類模塊的代表為Siemens公司的MC3SonyEricsson公司的GR4Motorola公司的G1Wave公司的Q2403系列等。(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(yīng)的AT命令對其進行設(shè)置,模塊自身就會完成GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet的互連,然后實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,開發(fā)過程比較簡單。代表如Siemens公司的TC4Motorola GSIMCOM公司的SIM100、BenQ公司的M23A等。隨著GPRS技術(shù)的不斷發(fā)展,GPRS模塊的功能越來越強大,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。 M23A GSM/GPRS模塊M23A GSM/GPRS是BenQ公司推出的GSM/GPRS雙頻通信模塊[42],它集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器,適合于開發(fā)基于GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品,如無線終端、報警/安防系統(tǒng)、遠程控制等產(chǎn)品,應(yīng)用范圍十分廣泛。M23A GSM/GPRS模塊主要的性能指標如下:u 40,重量13克;u GPRS Class 8 多時隙功能,Class B操作模式;u 支持EGSM900/DCS1800/PCS1900三個頻段;u 支持3V SIM卡接口;u 在GPRS數(shù)據(jù)通信模式下消耗電流最大280mA;u 電源電壓范圍:;u 工作溫度:20攝氏度到60攝氏度;M23A GSM/GPRS模塊共有44個引腳,通過一個插槽引出。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。在接口座上各引腳的編號及位置如圖37所示。圖37 M23A模塊引腳編號及位置Fig37 M23A module pins’ number and locationM23A GSM/GPRS模塊的各個引腳的功能如表32所示。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/RS2326RS232傳輸接口UART22內(nèi)部軟件調(diào)試BU1蜂鳴器驅(qū)動引腳GPIO6常規(guī)用途I/OPower On1啟動引腳LED Driver1二極管驅(qū)動引腳SIM4SIM卡接口VBATRF3電源輸入VBATBB1電池輸入Audio7音頻信號接口Keypad Interrupt1鍵盤中斷BGND10地ANT1天線M23A GSM/GPRS模塊支持外部SIM卡,模塊能自動檢測和適應(yīng)SIM卡類型。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)。M23A GSM/GPRS模塊還提供標準的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。 AT指令集AT命令是Hayes公司為MODEM(調(diào)制解調(diào)器)制定的一個控制指令集,用于數(shù)據(jù)終端(計算機)和MODEM之間的通信。由于Hayes公司生產(chǎn)的MODEM產(chǎn)品在工業(yè)界占有主導的地位,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)成為一個事實標準,非Hayes公司的MODEM 產(chǎn)品也都支持AT指令集。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算機使用的波特率、字長、奇偶校驗等信息。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33 GPRS 相關(guān)的 AT 命令Tab 33 Correlative AT mand of GPRSAT指令指令功能使用舉例(指令意義)AT+IRP設(shè)置模塊串口通信速率AT+IRP=0(模塊自適應(yīng)串口通信速率)AT+COPS設(shè)置是否自動登陸網(wǎng)絡(luò) AT+COPS=1(選擇自動登陸網(wǎng)絡(luò))AT+CREG當前網(wǎng)絡(luò)注冊情況AT+CREG=1(查詢是否登陸上網(wǎng)絡(luò))AT%CGPCOPCO字符串激活指令AT%CGPCO=1,PAP,1 (激活PCO字符串)AT+CGDCONT定義PDP文本指令AT+CGDCONT=1,IP,CMNET(定義PDP文本)AT$DESTINFO設(shè)置將連接的IP地址AT$DESTINFO=,2,5001,0(將連接的IP地址:,端口5001)ATD*97對設(shè)置的的IP地址撥號,進入數(shù)據(jù)傳輸模式ATD*97(連接已用AT$DESTINFO指令設(shè)置的IP地址和端口號)+++從數(shù)據(jù)傳輸模式返回指令模式命令+++(返回指令傳輸模式,模塊又能接收AT指令;在數(shù)據(jù)傳輸模式下,指令將被當成數(shù)據(jù))表33只列出了系統(tǒng)設(shè)計時使用到的AT指令,關(guān)于GPRS相關(guān)的AT指令的詳細材料請參見本論文的參考文獻48。 遠程監(jiān)測終端的外設(shè)備選型為了實現(xiàn)分布式油田的計量和防盜,采集需要監(jiān)測的各物理量,遠程監(jiān)測終端使用了超聲波液位變送器、圖像采集卡、紅外對射探測器和接近開關(guān)等幾個監(jiān)測設(shè)備,以下對遠程監(jiān)測終端使用的各個設(shè)備的原理和性能作簡要介紹。(1)超聲波液位變送器超聲波具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小,特別是方向性好,能夠成為射線而定向傳播等特點,以超聲波作為監(jiān)測手段,并將輸出信號轉(zhuǎn)換成工業(yè)上常用的標準信號的液位變送器就是超聲波液位變送器。超聲波液位變送器的工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波,聲波遇到被測物位表面被反射,換能器接收反射回波轉(zhuǎn)換成電信號。由于聲波脈沖發(fā)射過程中機械惰性占用了傳輸時間,使靠近超聲波換能器的一小段區(qū)域不能接收聲波,這個區(qū)域稱為盲區(qū),盲區(qū)大小與超聲波的量程有關(guān)。為測量儲油罐中油位,遠程監(jiān)測終端開發(fā)中選用了重慶兆易科技公司生產(chǎn)的RISENBS1KA0型超聲波液位變送器。RISENBS1KA0變送器集超聲波傳感器、溫度傳感器、超聲伺服電路和變送電路為一體,采用SMD(Surface Mount Device)貼片元件及兆易公司與美國合作研發(fā)的專用芯片,使得整機電路非常緊湊簡潔,線路板全部鍍金,內(nèi)部電磁屏蔽及出廠四十八小時高低溫老化,使其具有很高的穩(wěn)定性和長期可靠性。殼體采用質(zhì)地堅固且聲學特性好的合成材料,其外形精巧美觀,防水、防塵,可適應(yīng)大多數(shù)工況現(xiàn)場。RISENBS1KA0超聲波液位變送器的主要技術(shù)參數(shù)如下:u 高精度線性電流輸出:4~20mA;u 量程:1,2,3,4,5,6,8米;u 盲區(qū):小于300毫米;u 波束角:15度;u 工作電壓:直流12V/24V;u 安裝方式:49雙鑼母夾緊式固定安裝或M49;(2)紅外對射探測器紅外對射探測器全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器”(Photoelectric Beam Detector),其基本的構(gòu)造包括瞄準孔、光束強度指示燈、球面鏡片和LED(LightEmitting Diode)指示燈等。其偵測原理是利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體,再經(jīng)光學鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠距離,由受光器接受,當光線被遮斷時就會發(fā)出警報。目前常見的主動紅外探測器有兩光束、三光束、四光束,距離從30米到300米不等,也有部分廠家生產(chǎn)遠距離多光束的“光墻”,主要應(yīng)用于廠礦企業(yè)和一些特殊的場所。本系統(tǒng)中選用的是LENNOX力諾士公司的QT系列四光束紅外線對射探測器[26],該產(chǎn)品專門是室外遠距離周界防護的專用防盜探測設(shè)備,它的主要特點如下:u 脈沖式四光束發(fā)射、接收,降低誤報;u 四光束上下2組水平、垂直獨立調(diào)整,精度步進式微調(diào);u 內(nèi)置微處理器控制電路,防干擾效果好;u 10級LED顯示接收信號強度指示;u 內(nèi)置雙層保護電路,有效防止室外雷擊破壞;u 采用高效率水晶球準直透鏡聚焦技術(shù),大幅度提升投光性能,降低誤報;u 使用C型繼電器輸出;u 外罩采用特殊材料和結(jié)構(gòu),防止凝結(jié)雨、霜和露水,一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計使其能在惡劣的環(huán)境中正常工作;(3)圖像采集卡VC313為實現(xiàn)對采油現(xiàn)場圖像的監(jiān)控,當偷盜油發(fā)生時能夠抓拍現(xiàn)場圖片,為破案提供第一手資料,我們選用了是武漢萬德數(shù)碼技術(shù)有限公司的VC313嵌入式視頻壓縮卡。VC313嵌入式視頻壓縮卡的主要性能指標[27]如下:u 4路 PAL制式模擬視頻信號輸入;u 串口輸出黑白或彩色 JPG 格式圖像文件; u 串口波特率 1200~115200bps;u 支持 6種圖像分辨率:160117614320235228640480、704576;u 支持 6種圖像壓縮比;u 可調(diào)整亮度、對比度、色飽和度; u 支持連續(xù)發(fā)送圖像;u 支持同一圖像重復發(fā)送;u 支持圖像活動偵測;u 電源電壓 ,正常工作電流195mA(睡眠模式下約45mA); u 外形尺寸 7070毫米; u 工作溫度范圍:20~70℃; u 優(yōu)秀的抗干擾性能和穩(wěn)定性;VC313的數(shù)據(jù)接口為標準串口,主機通過串口向VC313發(fā)送控制命令,而VC313通過串口向主機發(fā)送JPG文件。主機發(fā)送給VC313嵌入式視頻壓縮卡的控制命令一共有9條,命令列表如表34所示。表34 VC313圖像采集卡命令列表Tab34 VC 313 image acquisition card mand list命令號命令名命令結(jié)構(gòu)幀頭命令碼參數(shù)1參數(shù)20設(shè)置串口波特率0xFF,0xE10x60,0x60PAR0,PAR01切換工作模式0xFF,0xE10x61,0x61PAR0,PAR02切換視頻輸入0xFF,0xE10x62,0x62PAR0,PAR03設(shè)定亮度0xFF,0xE10x63,0x63PAR0,PAR04設(shè)定對比度0xFF,0xE10x64,0x64PAR0,PAR05設(shè)定色飽和度0xFF,0xE10x65,0x65PAR0,PAR06設(shè)定活動偵測靈敏度0xFF,0xE10x66,0x66PAR0,PAR07設(shè)定OSD功能0xFF,0xE10x67,0x67PAR0,PAR0PAR18發(fā)送JPG文件0xFF,0xE10x68,0x68PAR0,PAR0每個控制命令長度為6個字節(jié),前2個字節(jié)為幀頭,第4字節(jié)為命令碼,用來區(qū)分不同的命令,第6字節(jié)為命令參數(shù),參數(shù)的值必須符合約定,否則該命令將被丟棄。第4字節(jié)是第3字節(jié)的重復,第6字節(jié)是第5字節(jié)的重復,用作校驗。命令7除參數(shù)1外,還帶有可變長度的第2參數(shù)。VC313 在處理命令時,如果又收到新的命令,則新的命令被暫存在接收緩沖區(qū)中,以等待執(zhí)行,接收緩沖區(qū)的容量是256字節(jié),若緩沖區(qū)滿,則新到數(shù)據(jù)被丟棄。當緩沖區(qū)中包含多條命令時,VC313總是按照接收的先后順序依次執(zhí)行。VC313執(zhí)行命令8:0xFF+0xE1+0x68+0x68+PAR0+PAR0之后,將向主機發(fā)送JPG文件,其中參數(shù)PAR0的值按位進行設(shè)定,參數(shù)意義見表35所示。表35 VC313命令8參數(shù)Tab35 VC313 order 8 parameter位組功能說明D2D1D0圖像分辨率D2D1D0的值圖像分辨率016012011761442320240335228846404805704576其它無效值D3顏色屬性D3的值彩色或黑白0黑白1彩色D6D5D4圖像壓縮比D6D5D4圖像質(zhì)量主觀評價0很差1差2好3好
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