CN105511355A - 一种油气井数据综合采集处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油气井数据综合采集处理设备。该设备包括：主板、单片机、ARM处理器、WiFi模块、多个第一Zigbee模块；其中，多个第一Zigbee模块分别对应于多个无线传感器；第一Zigbee模块能够通过Zigbee协议与其对应的无线传感器进行通信，采集其对应的无线传感器测量的油气井数据；单片机焊接于主板上，并连接ARM处理器、WiFi模块；单片机连接第一Zigbee模块时，接收第一Zigbee模块发送的油气井数据，将油气井数据传输给ARM处理器进行计算处理，并接收ARM处理器返回的处理后的油气井数据，然后将处理后的油气井数据发送给WiFi模块；WiFi模块通过WiFi无线通信技术将处理后的油气井数据发送给移动设备。本发明能够显著提高油田现场采集、查看和处理油气井数据的效率。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及数据传输技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种油气井数据综合采集处理设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
基于Zigbee协议的无线传感器因其便捷准确等优点已在油田现场得到推广应用，例如用于测量温度、压力、功图、扭矩等油气井数据。
随着移动通信技术的广泛应用，智能手机、平板电脑等移动设备已经成为包括油气田作业人员在内的大众随身携带物品，移动设备为油气田作业人员处理和分析数据提供了很大的便利。
发明内容
但是，由于不同厂家生产的无线传感器往往采用不同型号的通信模块，其配置参数有所差异，例如有些采用9600的波特率，有些则采用19200的波特率，这就导致在油田现场使用来自不同厂家的无线传感器测量油气井数据之后，无法方便地将这些油气井数据集中到一起，而且现有的移动设备无法与这类无线传感器直接进行通信，作业人员无法在油田现场利用移动设备方便地查看油气井数据。
为了将来自不同厂家的无线传感器测量的油气井数据集中到一起，并发送给移动设备进行查看和处理，本发明提供一种油气井数据综合采集处理设备，包括：一主板、一单片机、一ARM处理器、一WiFi模块、多个第一Zigbee模块；其中，
所述多个第一Zigbee模块分别对应于油气田现场采集油气井数据且基于Zigbee协议的多个无线传感器；所述第一Zigbee模块能够通过Zigbee协议与其对应的无线传感器进行通信，采集其对应的无线传感器测量的油气井数据；
所述单片机焊接于所述主板上，并连接所述ARM处理器、所述WiFi模块；
所述单片机连接所述第一Zigbee模块时，接收所述第一Zigbee模块发送的所述油气井数据，将所述油气井数据传输给所述ARM处理器进行计算处理，并接收所述ARM处理器返回的处理后的油气井数据，然后将所述处理后的油气井数据发送给所述WiFi模块；
所述WiFi模块通过WiFi无线通信技术将所述处理后的油气井数据发送给移动设备。
借助于上述技术方案，本发明针对不同的无线传感器(来自于不同厂家或采用不同的通信模块、配置参数等)分别配置了相匹配的第一Zigbee模块，利用这些第一Zigbee模块采集其对应的无线传感器测量的油气井数据，然后由单片机接收各个第一Zigbee模块采集的油气井数据并发送给ARM处理器进行处理，再由单片机将ARM处理器处理后的油气井数据通过WiFi模块发送给移动设备。利用本发明提供的油气井数据综合采集处理设备，不仅可以有效解决无法将来自不同厂家或采用不同的通信模块、配置参数等的无线传感器测量的油气井数据集中到一起的问题，而且可以将油气井数据发送给移动设备，方便油田作业人员查看和分析油气井数据，能够显著提高油田现场采集、查看和处理油气井数据的效率。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1是本发明提供的一种油气井数据综合采集处理设备的结构框图；
图2是STM32F103RC型单片机的主板电路图；
图3是本发明提供的另一种油气井数据综合采集处理设备的结构框图；
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，本文中所称的“无线传感器”不限于是油气田现场用于测量温度、压力、功图、扭矩等油气井数据且基于Zigbee协议的传感器；本文中所称的“移动设备”可以包括但不限于是手机、笔记本电脑、平板电脑等设备；本文中所称的“WiFi模块”是将串口或TTL电平转为符合WiFi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈，提供联入互联网的功能；本文中所称的“第一Zigbee模块”、“第二Zigbee模块”、“第一Zigbee模块”都是利用Zigbee技术实现近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本双向无线通信的嵌入式模块。
本发明提供了一种油气井数据综合采集处理设备，如图1所示，该设备可以包括：主板101、单片机102、ARM处理器103、WiFi模块104、多个第一Zigbee模块105。
本发明针对油气田现场采集油气井数据的不同无线传感器(例如来自于不同厂家、采用不同的通信模块、采用不同的配置参数等)分别配置了相匹配的第一Zigbee模块105。具体的，第一Zigbee模块105采用了与其对应的无线传感器相同的波特率、工作信道和16位网络ID进行工作，以便通过Zigbee协议与其对应的无线传感器进行通信，采集其对应的无线传感器测量的油气井数据。
在本发明提供的油气井数据综合采集处理设备中，单片机102焊接于主板101上，且连接ARM处理器103、WiFi模块104、第一Zigbee模块105。
单片机102启动后，会接收第一Zigbee模块105发送来的油气井数据，将其传输给ARM处理器103进行计算处理，并接收ARM处理器103返回的处理后的油气井数据，然后将处理后的油气井数据发送给WiFi模块104，最后由WiFi模块104通过WiFi无线通信技术将处理后的油气井数据发送给移动设备。
在一种实施例中，单片机102可以采用STM32F103RC型单片机102，单片机102内部以Modbus协议存储来自第一Zigbee模块105和ARM处理器103的数据。如图2所示为STM32F103RC型单片机的主板电路图。
在一种实施例中，ARM处理器103可以采用S3C2416型ARM处理器，且搭载有嵌入式Linux***。S3C2416型ARM处理器具有足够大的内存，以满足泵功图折算、神经网络诊断、功图求产和***效率计算等处理。
本发明中，ARM处理器103包括但不限于对油气井数据进行如下处理：
(1)泵功图折算
已知信息：冲次，抽油杆级数、杆长、杆径、材质，油管内径，井液平均密度，油压，地面功图
计算得到：井下泵功图
(2)神经网络诊断
已知信息：井下泵功图，权值矩阵
计算得到：井下泵工况
(3)功图求产
已知信息：地面功图，井下泵功图
计算得到：产液量
(4)***效率计算
已知信息：活塞冲程，光杆冲程，泵的充满系数，泵内混合液的体积系数，泵间隙，井液粘度，井液密度，柱塞长度
计算得到：***效率
具体实施时，可以将现有技术中对油气井数据进行以上各种处理所采用的软件程序等植入ARM处理器103中，以使其具有对油气井数据执行以上各种处理的功能，这样可避免二次开发，节省设备成本。
本发明中，单片机102可以是同一时刻连接所有的第一Zigbee模块105，也可以是同一时刻仅连接某一个或某几个第一Zigbee模块105。但考虑到同时连接所有第一Zigbee模块105会需要较多的硬件接口资源，占用较多的空间，可选地，可采用单片机102同一时刻仅连接某一个第一Zigbee模块105的模式，即在油气田现场，当需要某类型的油气井数据(例如温度、压力、功图、扭矩等)时，令单片机102连接与测量这一类型油气井数据的无线传感器相匹配的第一Zigbee模块105，然后这个第一Zigbee模块105就可以将其这一类型的油气井数据发送给单片机102。
在一种实施例中，本发明可将单片机102的UART1口连接主板101的20PIN公口，UART2口连接WiFi模块104，UART3口连接ARM处理器103，并将第一Zigbee模块105焊接于一各具有20PIN母口的电路板上；当需要某类型的油气井数据时，直接将焊接有相应第一Zigbee模块105的电路板的20PIN母口插接至主板101的20PIN公口上，即可通过电路板与主板101的连接实现单片机102与第一Zigbee模块105的连接。
考虑到该油气井数据综合采集处理设备在油气田现场使用的便携性，在一种实施例中，本发明可以利用一金属盒将第一Zigbee模块105及其焊接的电路板集成在一起，并在金属盒表面露出电路板的20PIN母口，当需要采集某类型的油气井数据时，只需要将集成了相应第一Zigbee模块105的金属盒上的20PIN母口插接在主板101的20PIN公口上，即可实现单片机102与相应第一Zigbee模块105的连接。具体实施时，为了方便分别对应于不同无线传感器的第一Zigbee模块105，可以在金属盒的表面粘贴标识牌，以表明与无线传感器的对应关系。
对于图1所示的油气井数据综合采集处理设备，在一种实施例中，本发明可以将主板101、单片机102、ARM处理器103、WiFi模块104、第一Zigbee模块105都设置于一个手提箱中，以提高该油气井数据综合采集处理设备的便携性。
在一种实施例中，如图3所示，该油气井数据综合采集处理设备除了包括主板101、一单片机102、ARM处理器103、WiFi模块104、多个第一Zigbee模块105之外，还可以包括：电参数测试装置(图3中未示出)、第三Zigbee模块109。其中，该电参数测试装置包括霍尔电流钳106、电参数测量芯片107、第二Zigbee模块108。
霍尔电流钳106用于测量的电流、电压。
电参数测量芯片107连接霍尔电流钳106，对霍尔电流钳106测量的电流、电压进行处理，得到电参数数据(例如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率等)。
第二Zigbee模块108通过Zigbee协议将电参数数据传输给第三Zigbee模块109。
单片机102连接第三Zigbee模块109时，接收第三Zigbee模块109发送的电参数数据，将电参数数据传输给ARM处理器103进行计算处理，并接收ARM处理器103返回的处理后的电参数数据，然后将处理后的电参数数据发送给WiFi模块104。
WiFi模块104将处理后的电参数数据发送给移动设备。
在图3所示的油气井数据综合采集处理设备中，第三Zigbee模块109是与第二Zigbee模块108相匹配的，二者具有相同的波特率、工作信道和16位网络ID。
具体实施时，可以参照第一Zigbee模块105来设计和使用第三Zigbee模块109。例如，将第三Zigbee模块109焊接于一具有20PIN母口的电路板上；当将电路板的20PIN母口插接至主板101的20PIN公口时，单片机102通过主板101连接第三Zigbee模块109。为了方便在油气田现场使用，还可以将第三Zigbee模块109及其焊接的电路板设置于一金属盒中，并在金属盒的表面露出电路板的20PIN母口，以便与主板101的20PIN公口进行插接。
对于图3所示的油气井数据综合采集处理设备，在一种实施例中，本发明还可以将主板101、单片机102、ARM处理器103、WiFi模块104、第一Zigbee模块105、霍尔电流钳106、电参数测量芯片107、第二Zigbee模块108、第三Zigbee模块109都设置于一个手提箱中，以提高该油气井数据综合采集处理设备的便携性。
在一种实施例中，本发明提供的油气井数据综合采集处理设备，还可以包括移动设备，该移动设备可以是手机、笔记本电脑、平板电脑等设备。这样，油气田作业人员可以利用自带的移动设备来接收油气井数据，也可以利用该油气井数据综合采集处理设备中提供的移动设备接收油气井数据。
在一种实施例中，还可以针对移动设备开发用于处理油气井数据的应用程序APP，以提高作业人员在油气田现场对油气井数据进行查询、分析、统计、决策等的能力。例如，可以开发相应的应用程序APP，使得移动设备具备执行以下处理的功能：功图法调平衡、功率法调平衡、杆柱校核、区块诊断等处理；区块产油量、产气量、开井率、含水率、动液面等生产预警统计；举升方式方案的设计、审核、审批等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，包括：一主板、一单片机、一ARM处理器、一WiFi模块、多个第一Zigbee模块；其中，
所述多个第一Zigbee模块分别对应于油气田现场采集油气井数据且基于Zigbee协议的多个无线传感器；所述第一Zigbee模块能够通过Zigbee协议与其对应的无线传感器进行通信，采集其对应的无线传感器测量的油气井数据；
所述单片机焊接于所述主板上，并连接所述ARM处理器、所述WiFi模块；
所述单片机连接所述第一Zigbee模块时，接收所述第一Zigbee模块发送的所述油气井数据，将所述油气井数据传输给所述ARM处理器进行计算处理，并接收所述ARM处理器返回的处理后的油气井数据，然后将所述处理后的油气井数据发送给所述WiFi模块；
所述WiFi模块通过WiFi无线通信技术将所述处理后的油气井数据发送给移动设备。
2.根据权利要求1所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，
所述单片机的UART1口连接所述主板的20PIN公口，UART2口连接所述WiFi模块，UART3口连接所述ARM处理器；
所述第一Zigbee模块焊接于一具有20PIN母口的电路板上；
当所述电路板的20PIN母口插接至所述主板的20PIN公口时，所述单片机通过所述主板连接所述第一Zigbee模块。
3.根据权利要求2所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，所述第一Zigbee模块与所述电路板设置于一金属盒中。
4.根据权利要求1所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，还包括：一霍尔电流钳、一电参数测量芯片、一第二Zigbee模块、一第三Zigbee模块；
所述电参数测量芯片连接所述霍尔电流钳，对所述霍尔电流钳测量的电流、电压进行处理，得到电参数数据；
所述第二Zigbee模块通过Zigbee协议将所述电参数数据传输给所述第三Zigbee模块；
所述单片机连接所述第三Zigbee模块时，接收所述第三Zigbee模块发送的所述电参数数据，将所述电参数数据传输给所述ARM处理器进行计算处理，并接收所述ARM处理器返回的处理后的电参数数据，然后将所述处理后的电参数数据发送给所述WiFi模块；
所述WiFi模块将所述处理后的电参数数据发送给移动设备。
5.根据权利要求4所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，
所述第三Zigbee模块焊接于一具有20PIN母口的电路板上；
当所述电路板的20PIN母口插接至所述主板的20PIN公口时，所述单片机通过所述主板连接所述第三Zigbee模块。
6.根据权利要求5所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，所述第三Zigbee模块与所述电路板设置于一金属盒中。
7.根据权利要求1～6任一所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，
所述单片机为STM32F103RC型单片机；
所述ARM处理器为S3C2416型ARM处理器，且搭载有嵌入式Linux***。
8.根据权利要求1～6任一所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，还包括：所述移动设备。
9.根据权利要求1～3任一所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，还包括：一手提箱；
所述主板、所述单片机、所述ARM处理器、所述WiFi模块、所述第一Zigbee模块均设置于所述手提箱中。
10.根据权利要求4～6任一所述的油气井数据综合采集处理设备，其特征在于，还包括：一手提箱；
所述主板、所述单片机、所述ARM处理器、所述WiFi模块、所述第一Zigbee模块、所述霍尔电流钳、所述电参数测量芯片、所述第二Zigbee模块、所述第三Zigbee模块均设置于所述手提箱中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |