油井設備無線傳感器溫度控制系統

吳文濤 貴州電子信息職業技術學院

油井設備無線傳感器溫度控制系統

吳文濤 貴州電子信息職業技術學院

油井設備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統，軟件部分主要包括數據處理模塊和管理模塊。多傳感器檢測是基于無線傳感器網絡的應用系統的一個重要的方向。溫度數據融合是依據歷史統計信息，對傳感器采集信息進行閾值鎖定；通過對信息進行優化分類來導出有效信息并刪除冗余信息。分布式溫度數據處理客戶端利用接口對Tiny DB進行查詢、驗證、溫度數據反饋、網絡連接、建立交互平臺等。

油田設備；溫度；多傳感器；控制系統；監測

1 控制系統組成

油井設備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統，軟件部分主要包括數據處理模塊和管理模塊。適配層向上可支持Linux的TCP/IP網絡協議棧，提高了無線傳感器溫度控制器與MAC的互操作性，無線傳感器溫度控制器協議增加了未來應用和服務的范圍，利于以后功能擴展。適配層收到自身的數據后，判斷是否為無線傳感器溫度控制器報文，分別交給無線傳感器溫度控制器接收函數和802.15.4接收函數。其中溫度控制器報文是用于與外網通信，802.15.4幀用于PAN內部節點通信。溫度控制器報文進入PAN后經頭部壓縮，分片成802.15.4幀在PAN內傳輸。數據模塊主要負責在用戶應用程序、套接字接口、UDP、溫度控制器、適配子層、介質接入控制層以及物理層之間維護數據的收發通道。

油田電力線載波通信系統主要有網內數據收發和網間數據收發兩種數據收發方式。

2 多傳感器檢測

多傳感器檢測是基于無線傳感器網絡應用系統的一個重要的研究方向，它不僅從傳感器角度進行研究，還涉及計算機技術、無線通信技術、集成電路技術、半導體技術等多個領域，是新一代高新智能技術的核心基礎之一。衛星導航、目標鎖定、雷達感知、車載智能終端導航、遙感、地理信息系統、智能機器人、智能醫療應用和環境防護等許多應用領域都和多傳感器檢測技術緊密相關[1-2]。多傳感器監測技術解決了單個傳感器采集溫度數據單一、不能全面描述監測對象等問題。多個傳感器檢測不僅可以描述同一觀測實體的多方面信息，而且可根據某一特征進行信息對比。智能化電子狗的設計就是模擬動物五官來進行此類傳感器的集成，將視頻傳感器、加速度傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等一系列傳感器集成，采集全面的環境信息，實現電子狗的智能化[3]。

3 溫度數據融合技術

3.1 融合方法

溫度數據融合技術是通過感知監測實體而得到的沒有規律的溫度數據信息，通過溫度數據融合算法使其變得滿足使用者的要求，達到輔助使用者進行判定形式、調整布局、構架方案等目的。信息融合的基本原理是利用傳感器感知被監測實體，獲取信息資源。通過對各種信息資源（這里主要是傳感器節點感知信息和總結的歷史溫度數據統計信息）的綜合分析和結合使用，實現不同傳感器在空間和時間上的互補，采集的冗余信息通過溫度數據過濾準則進行精簡，實現對監測實體的一致性描述。其目標是依據歷史統計信息，對傳感器采集信息進行閾值鎖定；通過對信息進行優化分類來導出有效信息并刪除冗余信息。溫度數據融合技術為先進的油井設備溫度系統提供了重要的溫度數據處理技術[4]。

3.2 數據融合的分類

通過信息融合將多個傳感器檢測的信息與大量的歷史觀測溫度數據進行科學、合理的綜合處理，不僅可以降低節點傳輸信息的功耗并提升無線傳感器網絡工作周期，還可以提高實時監測性能和報警智能化程度。按溫度數據融合的應用層次不同可將其分為像素級融合、特征級融合和決策級融合三種形式。溫度數據融合在多信息源、多平臺和多用戶系統內起著重要的處理和協調作用，保證了溫度數據處理系統各單元與匯集中心間的連通性與及時通信，而且使原來由油井設備監測人員完成的許多功能由溫度數據處理系統快速、準確、有效地自動完成。溫度數據融合技術對油井設備溫度系統的影響極為深遠，大量新的檢測技術的發展迫切需要溫度數據融合技術的應用和支持。

3.3 處理算法仿真軟件

Avrora是一種可用于多個平臺的程序仿真模擬器，它可用于任何AVR的仿真，可以模擬所有基于AVR指令集的傳感器網絡程序，可以跨平臺運行，體現JAVA編程的特性，Avrora的特性可以用下公式形象地表示：

Avrora=時鐘周期級別的模擬+多線程+

事件隊列+有效的同步機制

Avrora可以模擬異構網絡，通過無線傳感器網絡的休眠機制優化仿真器的性能，利用創建事件隊列的形式實現對大規模網絡的仿真，還可以實現應用程序在節點上的仿真、在PC上的仿真和應用程序在虛擬平臺上的仿真。

4 分布式溫度數據處理

分布式溫度數據處理所用的Tiny DB管理系統主要由Tiny DB服務器、監控主機的客戶端頁面、網關節點3個部分組成。客戶端頁面位于監控臺，主要使用JAVA語言開發，Tiny DB提供客戶端接口，客戶端利用接口對Tiny DB進行查詢、驗證、溫度數據反饋、網絡連接、建立交互平臺等。

Tiny DB的應用設計包括客戶端功能模塊的設計、交互進程設計、傳感器節點端的軟件設計等部分。客戶端功能模塊包括使用Tiny SQL進行的一系列溫度數據庫操作。交互進程設計主要是將用戶所關心的溫度數據進行提取和分析，按照Tiny DB的編程模式進行應用程序的開發。傳感器節點端的軟件設計主要包括模式管理器，節點列表、查詢處理器、網絡拓撲管理和溫度數據存儲管理等。

[1]陳英芝．關于DS18B20在溫度檢測系統中的應用[J]．電子世界，2013（19）：95.

[2]楊穗，楊恢先，王子菡，等．溫度遠程無線自動控制系統的設計[J]．電子器件，2005（4）：801-805.

[3]吳世富．基于無線通信的油氣田井口數據檢測系統[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）70-71.

[4]尤文，張昕，韓波，等．超低功耗無線數字溫度傳感器的研制[J]．中國測試技術，2006（5）：139-141.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.049