專利名稱：基于ZigBee的無線示功儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田抽油機(jī)井功圖的測(cè)量裝置，具體涉及一種用于油田自動(dòng)化系統(tǒng)的基于ZigBee的無線示功儀。
背景技術(shù)：
在機(jī)械采油的油田，油井示功圖為采油工程人員分析井下泵和抽油機(jī)的工作狀態(tài)提供了一個(gè)重要手段，示功圖的測(cè)取對(duì)于提高抽油效率、降低采油成本和提高井的產(chǎn)量具有重要意義，是分析、診斷抽油井是否正常的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。抽油井的生產(chǎn)狀況非常復(fù)雜，抽油泵在井下工作的影響因素很多，直接測(cè)取井下抽油泵的功圖十分困難。想要了解泵在井下的工作狀況，只有借助于示功儀在地面測(cè)量光桿功圖來進(jìn)行分析、診斷。目前油田常用的示功儀一般由負(fù)荷、位移傳感器組成的一次儀表和由數(shù)據(jù)采集裝置組成的二次儀表構(gòu)成。一次儀表中位移傳感器采用拉線的方式，不便于實(shí)時(shí)檢測(cè)和無線傳輸，測(cè)量精度也得不 到保證，容易出現(xiàn)故障，而且一次儀表與二次儀表之間采用電纜傳輸數(shù)據(jù)，電源采用充電電源的方式，整個(gè)儀器不但體積大、零件多、安裝繁瑣，而且資料儲(chǔ)存的容量也有限。生產(chǎn)功圖所需的數(shù)據(jù)需要接入多種傳感器，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后才能對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)量，這就致使現(xiàn)場(chǎng)布線錯(cuò)綜繁瑣，且產(chǎn)量計(jì)量過程耗時(shí)長(zhǎng)，效率低下。而且部分示功儀產(chǎn)品采用GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本很高，對(duì)于普通油田不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有示功儀存在的上述不足，提供一種基于ZigBee方式、能實(shí)時(shí)估算單井產(chǎn)量、進(jìn)行故障診斷的無線網(wǎng)絡(luò)示功儀。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種基于ZigBee的無線示功儀，包括電源模塊、傳感器模塊和ZigBee板，電源模塊用于對(duì)ZigBee板傳感器模塊和ZigBee板提供工作電壓，傳感器模塊連接上述ZigBee板,并輸出至少一傳感器信號(hào)至ZigBee板，ZigBee板對(duì)上述傳感器信號(hào)進(jìn)行處理并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制室。本發(fā)明中，所述的傳感器模塊包括載荷傳感器和加速度傳感器。本發(fā)明中，所述的ZigBee板包括信號(hào)處理電路、接口電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源控制電路、看門狗電路和ZigBee主控芯片，所述信號(hào)處理電路、接口電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源控制電路、看門狗電路均連接ZigBee主控芯片，所述信號(hào)處理電路連接傳感器模塊并對(duì)上述的傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的預(yù)處理，ZigBee主控芯片的輸入連接信號(hào)處理電路的輸出，通過指定的算法將上述轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行篩選和計(jì)算得到有效的數(shù)據(jù)，從而輸出至接口電路，存儲(chǔ)器模塊用于儲(chǔ)存所述計(jì)算后的有效數(shù)據(jù)，時(shí)鐘模塊則用來記錄每次數(shù)據(jù)處理的時(shí)刻，以便用戶查閱不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)；看門狗電路用于防止程序跑飛，當(dāng)程序異常跑飛時(shí)，看門狗電路會(huì)對(duì)Zigbee芯片復(fù)位以重啟程序；電源控制電路用于對(duì)上述電源模塊提供的電壓轉(zhuǎn)換成信號(hào)處理電路、接口電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、看門狗電路均連接ZigBee主控芯片的工作電壓。
本發(fā)明中，所述接口電路包括ZigBee發(fā)射模塊、com 口、485接口。本發(fā)明中，所述電源模塊包括太陽(yáng)能電池板和與之連接的可充電電池，可充電電池連接傳感器模塊和ZigBee板。本發(fā)明具有以下有益效果
I、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)井工作狀態(tài)，全自動(dòng)，無需人工干預(yù)。2、實(shí)現(xiàn)高精度的載荷數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)的快速測(cè)量，更容易分析細(xì)小問題。3、能估算單井產(chǎn)量、進(jìn)行工況診斷。4、本產(chǎn)品體積小、功耗低，太陽(yáng)能供電，不需要頻繁更換電池。
5、ZigBee網(wǎng)絡(luò)在本產(chǎn)品中的應(yīng)用使數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。


圖I為本發(fā)明電路原理框圖。圖2為本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。同時(shí)參考圖I和圖2。首先從外觀上看，本發(fā)明U型太陽(yáng)能無線示功儀由盒體I、盒體前側(cè)固定太陽(yáng)能電池板2、盒體IU型卡口下方固定載荷傳感器3、盒體I 一側(cè)固定的發(fā)射天線與盒體I內(nèi)的電路連接構(gòu)成?，F(xiàn)主要介紹無線示功儀的內(nèi)部原理，基于ZigBee的無線示功儀包括電源模塊、傳感器模塊和ZigBee板，電源模塊用于對(duì)ZigBee板傳感器模塊和ZigBee板提供工作電壓，傳感器模塊連接上述ZigBee板,并輸出至少一傳感器信號(hào)至ZigBee板,ZigBee板對(duì)上述傳感器信號(hào)進(jìn)行處理并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制室。本實(shí)施例中，所述的ZigBee板包括信號(hào)處理電路5、ZigBee發(fā)射模塊7、com 口 8、485接口 9、時(shí)鐘模塊11、存儲(chǔ)器模塊12、電源控制電路10、看門狗電路15和ZigBee主控芯片6，所述信號(hào)處理電路5、ZigBee發(fā)射模塊7、com 口 8、485接口 9、時(shí)鐘模塊11、存儲(chǔ)器模塊12、電源控制電路10、看門狗電路15均連接ZigBee主控芯片6。電源控制電路10串聯(lián)在各負(fù)載的電源回路中，根據(jù)需要切斷或開啟電源，以降低能耗，太陽(yáng)能電池板2為盒體I內(nèi)的可充電電池13和各負(fù)載提供電源。本實(shí)施例中，所述的傳感器模塊包括載荷傳感器3和加速度傳感器4。載荷傳感器3呈空心U型，其傳感信號(hào)接入處理電路5的輸入端，加速度傳感器4由ADXL213AE芯片及其輔助電路構(gòu)成，加速度傳感器4的感應(yīng)信號(hào)接入信號(hào)處理電路5的輸入端，發(fā)射模塊7的輸出端接發(fā)射天線14。本發(fā)明的工作原理為將本發(fā)明安裝在梁式抽油機(jī)光桿上，同時(shí)在后臺(tái)(電腦或手抄器)安裝其對(duì)應(yīng)的接收和分析軟件系統(tǒng)。信號(hào)處理單元5定時(shí)采集載荷傳感器3和加速度傳感器4的數(shù)據(jù)，經(jīng)過運(yùn)算處理讀出所需數(shù)據(jù)(載荷、位移、沖程、沖次等)，整理后按照預(yù)定的數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器模塊12中，ZigBee主控芯片6再定時(shí)經(jīng)發(fā)射模塊7發(fā)往控制室或手抄器，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過解析，得到示功圖、泵效、產(chǎn)液量等相關(guān)數(shù)據(jù)。本發(fā)明將傳感器和二次儀表整合為一體，減小一起的體積和配件數(shù)量，提高了安全性和移動(dòng)性；設(shè)置無線發(fā)射，實(shí)現(xiàn)油井功圖數(shù)據(jù)與外設(shè)的PDA和手抄器的數(shù)據(jù)無線收發(fā)，改變了現(xiàn)有示功儀電纜通信方式，通過加速度傳感器來感應(yīng)加速度的變化來確定光桿的位移，解決了常規(guī)位移傳感器壽命短、誤差大的問題；通過外置存儲(chǔ)器，解決了油田現(xiàn)有示功儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量少的問題，極大的方便了數(shù)據(jù)的獲?。粚⑻?yáng)能電池與充電電池有機(jī)結(jié)合，解決了一起供電問題，實(shí)現(xiàn)了常年無需充電。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于ZigBee的無線不功儀,其特征在于,包括電源模塊、傳感器模塊和ZigBee板，電源模塊用于對(duì)ZigBee板傳感器模塊和ZigBee板提供工作電壓，傳感器模塊連接上述ZigBee板，并輸出至少ー傳感器信號(hào)至ZigBee板，ZigBee板對(duì)上述傳感器信號(hào)進(jìn)行處理并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制室。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于ZigBee的無線示功儀，其特征在于，其中所述的傳感器模塊包括載荷傳感器和加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于ZigBee的無線示功儀，其特征在于，其中所述的ZigBee板包括信號(hào)處理電路、接ロ電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源控制電路、看門狗電路和ZigBee主控芯片，所述信號(hào)處理電路、接ロ電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、電源控制電路、看門狗電路均連接ZigBee主控芯片，所述信號(hào)處理電路連接傳感器模塊并對(duì)上述的傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的預(yù)處理，ZigBee主控芯片的輸入連接信號(hào)處理電路的輸出，通過指定的算法將上述轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行篩選和計(jì)算得到有效的數(shù)據(jù)，從而輸出至接ロ電路，存儲(chǔ)器模塊用于儲(chǔ)存所述計(jì)算后的有效數(shù)據(jù)，時(shí)鐘模塊則用來記錄每次數(shù)據(jù)處理的時(shí)刻，以便用戶查閱不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)；看門狗電路用于防止程序跑飛，當(dāng)程序異常跑飛時(shí)，看門狗電路會(huì)對(duì)Zigbee芯片復(fù)位以重啟程序；電源控制電路用于對(duì)上述電源模塊提供的電壓轉(zhuǎn)換成信號(hào)處理電路、接ロ電路、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器模塊、看門狗電路均連接ZigBee主控芯片的工作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于ZigBee的無線示功儀，其特征在于，其中所述接ロ電路包括ZigBee發(fā)射模塊、com ロ、485接ロ。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于ZigBee的無線示功儀，其特征在于，其中所述電源模塊包括太陽(yáng)能電池板和與之連接的可充電電池，可充電電池連接傳感器模塊和ZigBee板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee的無線示功儀，其特征在于，加速度傳感器由ADXL213AE芯片及其輔助電路構(gòu)成，加速度傳感器的感應(yīng)信號(hào)接入信號(hào)處理電路的輸入端，發(fā)射模塊的輸出端接發(fā)射天線。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種基于ZigBee的無線示功儀，包括傳感器模塊、電源模塊和ZigBee板，其主要特點(diǎn)是提供ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)井工況，估算單井產(chǎn)量。設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能板對(duì)可充電電池供電，無需頻繁更換電池。本發(fā)明可以存儲(chǔ)大量的示功圖，可通過無線方式讀取歷史數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)測(cè)量，獲得對(duì)抽油機(jī)井的高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量結(jié)果。
文檔編號(hào)E21B47/009GK102758614SQ201210266678
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者李翰濤, 李訓(xùn)銘, 荊志軍, 黃春海 申請(qǐng)人:南京南大數(shù)字科技有限責(zé)任公司