基于單片機的井場儀表參數無線傳輸系統的設計

1引 言

目前，全國油田鉆井現場基本都是有線數據傳輸。有線傳輸有很多缺點，現場布線復雜而且存在安全隱患，鉆井是流動作業，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致線路被碰斷。一般說來，數據線都是空中架設，風吹日曬使數據線老化的較快，這樣就帶來直接的經濟損失。鉆井現場有很多公司在作業，有些參數各公司是共用的，同一個參數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場變送器安裝位置緊張。

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

2系統硬件設計

如圖1所示，本系統主要分為控制室主機和現場從機，且所有元件均選用符合工業級要求的產品，大大提高了系統的可靠性、耐高溫性和抗震性。

2.1控制室主機

控制室主機分為控制主機和旁聽主機，這是因為鉆井現場有多個單位共同作業，都需要現場的數據。對于只需要現場數據的單位可安裝旁聽主機，只接收現場的各種數據；對于同時需要對現場電機進行控制的單位可安裝控制主機。工作原理如圖1所示。

主機由計算機、單片機和無線通信模塊FC211等部分組成。主要功能是：訪問分布在現場各種儀表處的從機，采集他們的各項數據，并向從機發送控制命令控制電機的啟／停。

2.2現場從機

現場從機由單片機部分、電源供電部分、數據采集部分、無線通信部分組成。本系統無線通信部分采用FC211無線通信模塊。該模塊數據接口為全雙工串行接口，無線傳輸距離為800 m(空曠地)，完全滿足現場使用條件，而且此模塊性能穩定，使得整個系統在多機通信肘能夠穩定運行，實現了對現場數據的準確管理。[next]

3系統軟件設計

如圖2所示，該系統的工作原理是：現場從機分布在鉆井現場的各個位置，將附近的儀表數據采集到單片機內的存儲單元，等待控制室主機查詢。控制室主機以點名的方式查詢現場從機，將數據采集到主機內，并送到上位機進行處理。當控制室主機查詢從機時，分布在現場的各個單位的旁聽主機也會收到現場從機的數據，這樣就實現了現場數據的實時更新。當控制室需要對現場電機控制時，就可以向控制電機的從機發控制命令，從機接到命令將電機殲啟或停止，并將所檢測的電機狀態發回主機。

通信協議設計如下：

現場每個從機都有一個固定的8位地址(通過撥碼開關設定)，所以整個網絡能容納256個從機。現場從機一直處于偵聽狀態，等待主機點名。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。
從機地址：被點名的從機地址，地址范圍是0～255。
命令數據：當為控制命令時，該字節的后四位表示4路開關量的狀態。
命令包尾：數據包的結束標志，也是從機判斷命令是否正確接收的標志。

當從機收到點名命令時，首先判斷命令包中的從機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送給主機作為點名確認信息，隨后再將數據包發送出去，數據包為一個13 B數據包，具體格式如下：

字節1：從機地址；
字節2：主機用來判斷是否是更新數據的標志字節，此字節為1；
字節3：開關量輸入輸出，高4位為開關量輸入，低4位為開關量輸出；
字節4：脈沖計數；
字節5～寧節12：4路十位A／D轉換數據；
字節13：數據包結束字節。

如果是控制命令則首先返回自己的地址作為點名確認信息，主機收到后，將發送5次命令數據，從機收到后，將這5次收到的數據與開始收到的控制命令里的命令數據比較，如果一致則將命令輸出到I／O口，控制繼電器，0.5 s后再采集一次數據，將開關量數據傳回到主機來顯示電機的工作狀態，這樣就完成控制室主機控制現場電機的過程。 當控制室主機訪問現場從機時，那些旁聽主機也收到了現場傳來的數據，從而不斷更新數據。

4 結 語

日前此系統已經應用到鉆井現場。經過實踐，本系統運行穩定，實時性能良好．可以滿足現場的要求。而且本系統采用的無線通信模塊是基于FSK的調制方式，采用高效信道編碼技術，具有抗突發干擾和隨機干擾的能力。