一種儲油罐區實時監測系統設計

趙雨　周天勇　陳晨

摘 要：我國石油資源豐富，采油煉油企業眾多，儲油罐是儲存油品的重要設備。但國內許多反應罐、大型儲油罐、加油站的環境監測仍采用人工檢尺和分析化驗的方法，其他參數的測定也沒有實行實時動態測量，這樣易引發安全事故，無法為生產操作和管理決策提供準確的依據。本系統針對上述問題，研發出符合我國國情的儲油罐區環境實時監測系統，不僅可以保障石油庫區的安全生產，而且將加快石油行業的現代化管理進程。

關鍵字：環境監測；儲油罐區；數據采集；石油

隨著科技的發展，特別是計算機技術的廣泛應用和迅猛發展，由傳統的人工測量開始逐步向計算機智能監測方向發展。相比較而言，國外的油罐區環境安全實時監測系統性能好，但其價格過高，遠遠超出了我國廣大用戶的承受能力。而國內研制的系統大多計算精度低、穩定性和可靠性差。因此，研發出符合我國國情的油罐區環境安全實時監測系統，不僅可以保障石油庫區的安全生產，而且將加快石油行業的現代化管理進程。

1 系統總體框架

在設計儲油罐管理系統時，首先確定系統設計目標和功能要求，從技術和經濟角度上進行可行性分析，然后進行方案選擇和總體設計，考慮下位機硬件電路的結構是否合理，性價比等問題，探討上位機的功能框架，采用的數據結構等細節，再進行詳細設計和調試，最終完成設計任務。

2 系統硬件電路

系統由溫、濕度光照傳感器，信號調理電路，A/D模數轉換器，單片機組成，模擬傳感器將檢測出的信號轉為電壓，然后將模擬信號通過信號調理電路，通過ADC0809將模擬信號轉為數字信號（八位二進制），在單片機的控制下讀通道進行選擇，完成信號的讀取，DS18B20可直接與單片機相連接，不需要經過A＼D轉換，得到的數字量溫度被單片機進行采集。接著利用一個串口通信模塊把采集到的數據傳送到計算中，利用計算機端的LABVIRW軟件編程對檢測的數據進行相應的實時顯示，控制，報警及遠程通信。

2.1 傳感器的選擇

單線溫度傳感器DS18B20，一根線實現對溫度的讀取。并且數字溫度傳感器抗干擾能力強，受電源穩定變化影響小。DS18B20用9位（二進制）對溫度進行存貯，溫度數值穩定且準確度高。但編程相對模擬傳感器復雜，特別是編程中對延時要求較為苛刻。

HU-10S是將濕度傳感器的非線性電阻信號轉化為線性電壓信號，使用方便，外圍電路只需要一個電阻，就可得出1.0-3.0的直流電壓信號。可以直接介入A/D轉換電路而不需要對信號進行放大，功耗低，線性度好，測量準確。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。本設計光強的檢測則采用光敏電阻，通過在不同光強下電阻值的變化來測量光強。

油氣濃度傳感器采用接觸燃燒式氣敏油氣濃度傳感器，該傳感器以密封吸入方式達到防爆要求標準其檢測元件是在鉑絲繞成的線圈上鍍以氧化鋁或者氧化鋁與氧化硅混合而成的涂覆層，經一定溫度燒結而形成的球狀多孔體。在氧化鋁外表上敷有鉑、鈀等貴重金屬作催化層，組裝成氣敏元件。

2.2 單片機最小系統

單片機的最小系統如圖2所示，18引腳和19引腳接時鐘電路，XTAL1 接外部晶振和微調電容的一端，在片內是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2 接外部晶振和微調電容的另一端，在片內是振蕩器倒相放大器的輸出。第9 引腳為復位輸入端，接上電容，電阻及開關后夠按鍵復位電路，20 引腳為接地端，40 引腳為電源端。

2.3 ADC0809 數據采集電路

本電路實現對模擬信號的數據采集，由ADC0809將模擬信號輸入轉換為8為二進制數字信號，然后再經單片機P2口送入單片機。單片機在完成數據的接收、處理、存儲后，向上位機傳送。在數據采集電路中，ADC0809必須在單片機的控制下，才能實現其功能。

如圖3所示， ALE地址鎖存允許輸入信號 ，其時鐘信號上升沿將A，B，C選擇的通道信號，輸入ADC0809進行AD轉換。該鎖存信號由單片機內部定時器產生，并經P1.0輸出。接著，ST送入的信號上升沿將內部置零，下降沿開始啟動AD轉換。轉換完成后，EOC=1，可利用其作為CPU中斷信號，為下一次AD轉換做準備。

2.4 串口通訊通信接口電路

串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發生器、EIA與TTL電平轉換器以及地址譯碼電路組成。通過串口通信電路，實現上位機和下位機之間的聯系。

2.5 系統電源電路設計

模擬信號經由A＼D轉換后的數字信號大小，由電源和模擬信號共同決定，因此穩定的系統供電電源對本次實驗測量的精度起著至關重要的作用。本次系統電源電路采用7805穩壓管和兩個470uf的電解電容對電源進行穩壓，產生穩定的5V電源，消除電源變化對實驗結果造成的影響。

3 系統軟件設計

本系統主要通過模擬和數字傳感器實現對環境參數的采集，用信號調理電路對模擬傳感器采集的模擬信號進行處理，然后通過數據采集電路將模擬信號轉為數字信號，由單片機進行處理。單片機處理之后的信號再由串口通信電路送給上位機，通過LabVIEW程序實現數據的實時顯示，監測，報警，存儲和遠程通信。完成這一任務，需要相應單片機端軟件和計算機端軟件。

在單片機端程序設計過程中，首先要明確程序要實現的功能，即完成系統初始化，DS18B20數字溫度傳感器數字信號的讀取，對讀取的所有信號的處理和串口通信；其次將要實現的各功能模塊化程序，供程序調用，特別是對DS18B20溫度的讀取程序，語句較多，因此考慮自定義一個讀DS18B20溫度的庫函數，這樣可使主程序更簡潔；最后是主程序自需要對各子程序的正確調用，便能實現其功能。

4 結論

本設計對儲油罐區環境監測提出了一種新的方案，實現了對儲油罐區溫度、濕度、油氣濃度和光強環境的實時有效監測，大大提高了儲油罐區安全性。此系統還具有適應性強，即投即用，簡單、方便、經濟、可靠等多個特點，具有很好的市場推廣價值和應用價值。本論文對基于虛擬技術的遠程通信環境監測系統，進行了全面詳盡的介紹，并完成了該系統的硬件設計。本設計的主要工作總結如下：

（1）提出了智能遠程環境溫度、濕度以及光照度數據監測系統的軟件、硬件實施方案。

（2）利用適用性很強的LabVIEW虛擬平臺，實現了環境監測數據的遠程傳輸。

（3）完成了智能遠程環境溫度、濕度以及光照度數據監測系統的軟件程序和硬件系統電路的設計。

（4）該系統軟件程序和硬件電路設計均采用模塊化設計，根據實際需要，可對更多參數進行監測。

經過調試，多次演示，該系統可用于實際應用環境監測中。

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作者簡介

趙雨，西南石油大學資源與環境學院學生，現在德州魯信鉆井技術服務有限公司從事鉆井技術服務相關工作。