油井設(shè)備無線傳感器溫度控制系統(tǒng)

吳文濤 貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油井設(shè)備無線傳感器溫度控制系統(tǒng)

吳文濤 貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油井設(shè)備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統(tǒng)，軟件部分主要包括數(shù)據(jù)處理模塊和管理模塊。多傳感器檢測(cè)是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)重要的方向。溫度數(shù)據(jù)融合是依據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)信息，對(duì)傳感器采集信息進(jìn)行閾值鎖定；通過對(duì)信息進(jìn)行優(yōu)化分類來導(dǎo)出有效信息并刪除冗余信息。分布式溫度數(shù)據(jù)處理客戶端利用接口對(duì)Tiny DB進(jìn)行查詢、驗(yàn)證、溫度數(shù)據(jù)反饋、網(wǎng)絡(luò)連接、建立交互平臺(tái)等。

油田設(shè)備；溫度；多傳感器；控制系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)

1 控制系統(tǒng)組成

油井設(shè)備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統(tǒng)，軟件部分主要包括數(shù)據(jù)處理模塊和管理模塊。適配層向上可支持Linux的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(xié)議增加了未來應(yīng)用和服務(wù)的范圍，利于以后功能擴(kuò)展。適配層收到自身的數(shù)據(jù)后，判斷是否為無線傳感器溫度控制器報(bào)文，分別交給無線傳感器溫度控制器接收函數(shù)和802.15.4接收函數(shù)。其中溫度控制器報(bào)文是用于與外網(wǎng)通信，802.15.4幀用于PAN內(nèi)部節(jié)點(diǎn)通信。溫度控制器報(bào)文進(jìn)入PAN后經(jīng)頭部壓縮，分片成802.15.4幀在PAN內(nèi)傳輸。數(shù)據(jù)模塊主要負(fù)責(zé)在用戶應(yīng)用程序、套接字接口、UDP、溫度控制器、適配子層、介質(zhì)接入控制層以及物理層之間維護(hù)數(shù)據(jù)的收發(fā)通道。

油田電力線載波通信系統(tǒng)主要有網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)收發(fā)和網(wǎng)間數(shù)據(jù)收發(fā)兩種數(shù)據(jù)收發(fā)方式。

2 多傳感器檢測(cè)

多傳感器檢測(cè)是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)重要的研究方向，它不僅從傳感器角度進(jìn)行研究，還涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、集成電路技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，是新一代高新智能技術(shù)的核心基礎(chǔ)之一。衛(wèi)星導(dǎo)航、目標(biāo)鎖定、雷達(dá)感知、車載智能終端導(dǎo)航、遙感、地理信息系統(tǒng)、智能機(jī)器人、智能醫(yī)療應(yīng)用和環(huán)境防護(hù)等許多應(yīng)用領(lǐng)域都和多傳感器檢測(cè)技術(shù)緊密相關(guān)[1-2]。多傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)解決了單個(gè)傳感器采集溫度數(shù)據(jù)單一、不能全面描述監(jiān)測(cè)對(duì)象等問題。多個(gè)傳感器檢測(cè)不僅可以描述同一觀測(cè)實(shí)體的多方面信息，而且可根據(jù)某一特征進(jìn)行信息對(duì)比。智能化電子狗的設(shè)計(jì)就是模擬動(dòng)物五官來進(jìn)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(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)電子狗的智能化[3]。

3 溫度數(shù)據(jù)融合技術(shù)

3.1 融合方法

溫度數(shù)據(jù)融合技術(shù)是通過感知監(jiān)測(cè)實(shí)體而得到的沒有規(guī)律的溫度數(shù)據(jù)信息，通過溫度數(shù)據(jù)融合算法使其變得滿足使用者的要求，達(dá)到輔助使用者進(jìn)行判定形式、調(diào)整布局、構(gòu)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(jiān)測(cè)實(shí)體，獲取信息資源。通過對(duì)各種信息資源（這里主要是傳感器節(jié)點(diǎn)感知信息和總結(jié)的歷史溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息）的綜合分析和結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)不同傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)，采集的冗余信息通過溫度數(shù)據(jù)過濾準(zhǔn)則進(jìn)行精簡(jiǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)實(shí)體的一致性描述。其目標(biāo)是依據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)信息，對(duì)傳感器采集信息進(jìn)行閾值鎖定；通過對(duì)信息進(jìn)行優(yōu)化分類來導(dǎo)出有效信息并刪除冗余信息。溫度數(shù)據(jù)融合技術(shù)為先進(jìn)的油井設(shè)備溫度系統(tǒng)提供了重要的溫度數(shù)據(jù)處理技術(shù)[4]。

3.2 數(shù)據(jù)融合的分類

通過信息融合將多個(gè)傳感器檢測(cè)的信息與大量的歷史觀測(cè)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、合理的綜合處理，不僅可以降低節(jié)點(diǎn)傳輸信息的功耗并提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作周期，還可以提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能和報(bào)警智能化程度。按溫度數(shù)據(jù)融合的應(yīng)用層次不同可將其分為像素級(jí)融合、特征級(jí)融合和決策級(jí)融合三種形式。溫度數(shù)據(jù)融合在多信息源、多平臺(tái)和多用戶系統(tǒng)內(nèi)起著重要的處理和協(xié)調(diào)作用，保證了溫度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各單元與匯集中心間的連通性與及時(shí)通信，而且使原來由油井設(shè)備監(jiān)測(cè)人員完成的許多功能由溫度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確、有效地自動(dòng)完成。溫度數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)油井設(shè)備溫度系統(tǒng)的影響極為深遠(yuǎn)，大量新的檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展迫切需要溫度數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用和支持。

3.3 處理算法仿真軟件

Avrora是一種可用于多個(gè)平臺(tái)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(wǎng)絡(luò)程序，可以跨平臺(tái)運(yùn)行，體現(xiàn)JAVA編程的特性，Avrora的特性可以用下公式形象地表示：

Avrora=時(shí)鐘周期級(jí)別的模擬+多線程+

事件隊(duì)列+有效的同步機(jī)制

Avrora可以模擬異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的休眠機(jī)制優(yōu)化仿真器的性能，利用創(chuàng)建事件隊(duì)列的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的仿真，還可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序在節(jié)點(diǎn)上的仿真、在PC上的仿真和應(yīng)用程序在虛擬平臺(tái)上的仿真。

4 分布式溫度數(shù)據(jù)處理

分布式溫度數(shù)據(jù)處理所用的Tiny DB管理系統(tǒng)主要由Tiny DB服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)的客戶端頁面、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)3個(gè)部分組成。客戶端頁面位于監(jiān)控臺(tái)，主要使用JAVA語言開發(fā)，Tiny DB提供客戶端接口，客戶端利用接口對(duì)Tiny DB進(jìn)行查詢、驗(yàn)證、溫度數(shù)據(jù)反饋、網(wǎng)絡(luò)連接、建立交互平臺(tái)等。

Tiny DB的應(yīng)用設(shè)計(jì)包括客戶端功能模塊的設(shè)計(jì)、交互進(jìn)程設(shè)計(jì)、傳感器節(jié)點(diǎn)端的軟件設(shè)計(jì)等部分。客戶端功能模塊包括使用Tiny SQL進(jìn)行的一系列溫度數(shù)據(jù)庫操作。交互進(jìn)程設(shè)計(jì)主要是將用戶所關(guān)心的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析，按照Tiny DB的編程模式進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。傳感器節(jié)點(diǎn)端的軟件設(shè)計(jì)主要包括模式管理器，節(jié)點(diǎn)列表、查詢處理器、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砗蜏囟葦?shù)據(jù)存儲(chǔ)管理等。

[1]陳英芝．關(guān)于DS18B20在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．電子世界，2013（19）：95.

[2]楊穗，楊恢先，王子菡，等．溫度遠(yuǎn)程無線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[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(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)[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(shù)字溫度傳感器的研制[J]．中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2006（5）：139-141.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.049