基于无线传感器网络的油井远程监控系统设计-控制理论与控制工程专业论文.docx

A Dissertation Submitted to Zhengzhou University of Light Industry for the Academic Degree of Master of Engineering Science Research and Design of Remote Monitoring System of Oil Well Based on Wireless Sensor Networks Candidate: CHEN Fu-qiang Supervisor: CUI Guang-zhao Major: Electric Machines and Electric Apparatus School of of Electric and Information Engineering Zhengzhou University of Light Industry Zhengzhou 450002, P. R. China June 2009 郑州轻工业学院 学 位 论 文 原 创 性 声 明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中作出了明确的声明并表示了谢意。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名： 年 月 日 郑州轻工业学院 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学 位期间论文工作的知识产权单位属于郑州轻工业学院。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和 借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本 人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为 郑州轻工业学院。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日 摘 要 油井抽油机监测系统可以及时获取油井的工作状况，实现无人值守操作和系统的自 动化监视，克服各个井场交通不便且分散、测试维护人员劳动强度大等缺点，提高劳动 效率，降低采油成本。由于现有的油井抽油机远程监控系统建设费用昂贵且存在通信盲 区，不利于油田生产管理的信息化建设，为了解决这个问题，本文设计了一种基于无线 传感器网络的油井远程监控系统。 通过对油井监控系统进行需求分析，引入了ZigBee和GPRS技术，结合两者优势， 深入研究了基于ZigBee与GPRS的无线网络在油井监控系统中的应用，设计出了一个适 用于油井监控的无线网络拓扑结构，该网络包括基于ZigBee的采集传输通信和基于 GPRS的远程通信两部分。描述了ZigBee无线网络组网过程，研究了设备建立和加入网 络的方式，讨论了ZigBee协议数据与GPRS网络中的TCP/IP协议数据互转的可行性，设 计了GPRS与ZigBee网关。 采用JN5139无线微控制器并结合适当的传感器、GPRS模块、显示模块及其他器件 搭建网关节点、采集控制节点和手持设备等硬件平台，构建ZigBee网络，完成抽油机数 据的采集传输；系统软件完成网络建立、数据采集、无线收发、液晶显示等控制功能， 设计时根据模块化设计方法进行各功能模块设计。与现有的油井监控系统相比，本文设 计的系统具有两个特点：一是将面向短距离通信的无线传感器网络和面向远距离通信的 GPRS网络结合起来，使得两者的优势能够互补；二是对ZigBee网络节点唯一的64位MAC 地址进行绑定，为精确的节点控制提供了稳定条件。 经试验，该系统工作稳定，运行可靠测量精度高，监测方式灵活多样，人机界面友 好，数据滞后也在监控系统要求的范围内，将其应用在油田可实现油田生产管理的信息 化和自动化，节约了油田成本，具有工业生产的实用价值。但是从安全生产、直观方便 的角度出发，有必要在系统中增加远程视频监控的功能，因此需要对系统进行进一步的 完善。 关键词：Zigbee，GPRS，油井监控，JN5139，MC55 Ⅰ ABSTRACT The oil pumping unit detection system can be used to grasp the working conditions of oil well in time, achieve unattended operation and the automation surveillance of oil well system, overcome all the sho