油井液面数据动态电子采集仪的制作方法

本实用新型涉及油井数据采集技术领域，尤其涉及油井液面数据动态电子采集仪。

背景技术：

随着信息技术的飞速发展，各种实时数据的采集和处理在现代工业控制中已成为必不可少的。现代控制系统的发展逐渐向开放式、分布式系统发展，即是一个集实时数据采集、数据处理与决策于一体的数据控制系统。这样的控制系统采集的数据准确、及时，能够提供准确而又及时的系统决策。

20世纪90年代中后期掀起的信息浪潮，极大的推动人类社会各行业技术革新的迅速发展。随着石油科技的发展，石油工业正向智能化和信息化过渡。石油资源是世界各国的重要资源，它关系到国民经济的正常运行，所以油井的管理和监控成为备受关注的大事。全球经济的发展使国际原油价格对我国的采油行业产生了很大的影响，减员曾效，降低生产成本，提高劳动效率，减少安全隐患，使油田行业当前和今后一段时期的主要任务。

油田很多位于沼泽、沙漠、盆地和浅海等地区，远离城市，交通不便。传统的人工巡检、数据采集以及相对落后的监控手段，往往需要投入大量的人力、物力、财力来维护生产设备的运转。如果没有一套行之有效、切实可行网络化监测管理手段，加之油田存在一些不安全因素，就有可能导致油井的正常生产秩序遭到破坏。

在油田采油作业中，经常需要采集油井的压力、流量、温度等数据，这些数据时油井作业的重要信息，它们反应了油井的工作状况。由于油井一般设在野外空旷的地区，不宜于频繁的人工巡井和现场数据采集。我国陆上油田无论沙漠、高原还是严寒地带，油井的数据采集基本上靠人工完成，无论盛夏酷暑还是冰雪寒天，采油工都必须到现场采集油井压力、流量、温度等数据，工人劳动强度大，数据的准确可靠性依赖于采油工人的工作责任心。海上油田的生产就更加困难了，常常要借助于庞大的运输管线来降低现场管理难度，采集的油井数据经常受到天气变化和交通工具的影响而无法正常获得，严重影响了油井的正常管理。

现有技术的油田开发的远程监控系统仍然存在不足之处，其缺点总结如下：

(1)产品硬件设备成本高，一次性投入较大；

(2)传输距离短，一般传输距离为10公里，不利于长距离的数据传输；

(3)为了增加传输距离，必须把天线架高，这样存在易遭受雷击、静电等问题；

(4)微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中断转发；

(5)光缆通信属于有线通信，需要铺光缆，在环境恶劣、地势险要的地方不宜采用有线方式进行通信。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供油井液面数据动态电子采集仪，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供了油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：包括中央控制机构、上位控制计算机、网关、CAN总线和多个远程数据采集模块，所述中央控制机构与网关连接，所述网关通过CAN总线与多个远程数据采集模块连接，所述上位控制计算机也通过CAN总线与多个远程数据采集模块连接；所述远程数据采集模块包括单片机和与单片机电连接的电源电路、显示电路、复位电路、晶振电路、键盘电路、报警电路、A/D转换模块和CAN控制器，所述A/D转换模块输入端分别与第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路电连接，所述第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路电连接分别与第一滤波电路、第二滤波电路、第三滤波电路电连接，所述第一滤波电路、第二滤波电路、第三滤波电路分别与压力传感器、流量传感器、温度传感器电连接，所述CAN控制器依次通过CAN驱动器、CAN总线接口与CAN总线连接。

上述的油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：所述单片机为AT89S52单片机。

上述的油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：所述压力传感器采用QYP110系列压阻式压力传感器。

上述的油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：所述流量传感器采用涡流流量传感器。

上述的油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：所述温度传感器采用Pt100热电偶传感器。

上述的油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：所述A/D转换模块采用MAX197。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型结合现代传感器技术、单片机控制、CAN总线通信等各种高新技术而设计了一套远程油井数据采集系统。该系统充分利用外网资源，易于构成覆盖整个油田区域的无线网路，具有投入成本低、功能强大、运行可靠、操作简单等特点。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构框图。

图2是本实用新型的远程数据采集模块结构框图。

图3是本实用新型的为CAN节点原理图。

图4是本实用新型的滤波、放大电路原理图。

图5是本实用新型的温度传感器电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，油井液面数据动态电子采集仪，其特征在于：包括中央控制机构1、上位控制计算机2、网关3、CAN总线4和多个远程数据采集模块5，所述中央控制机构1与网关3连接，所述网关3通过CAN总线4与多个远程数据采集模块5连接，所述上位控制计算机2也通过CAN总线4与多个远程数据采集模块5连接；所述远程数据采集模块5包括单片机51和与单片机51电连接的电源电路52、显示电路53、复位电路54、晶振电路55、键盘电路56、报警电路57、A/D转换模块58和CAN控制器59，所述A/D转换模块58输入端分别与第一放大电路512、第二放大电路513、第三放大电路514电连接，所述第一放大电路512、第二放大电路513、第三放大电路514电连接分别与第一滤波电路515、第二滤波电路516、第三滤波电路517电连接，所述第一滤波电路515、第二滤波电路516、第三滤波电路517分别与压力传感器518、流量传感器519、温度传感器520电连接，所述CAN控制器59依次通过CAN驱动器510、CAN总线接口511与CAN总线4连接。

本实用新型的单片机采用AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一种超低功耗，和标准51系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，片内含8k空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个I/O口，2个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。

A/D转换模块采用MAX197，MAX197是Maxim公司推出的具有12位测量精度的高速A/D转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短(6us)，具有8路输入通道，还提供了标准的并行接口——8位三态数据I/O口，可以和大部分单片机直接接口，使用十分方便。

压力传感器采用QYP110系列压阻式压力传感器，压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

流量传感器采用涡流流量传感器。高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计；重复性好；无零点漂移，抗干扰能力好；范围度宽。采用抗机械震动，抗冲击和抗脏污的结构新设计。采用最先进的集成电路，信号处理精度高，高抗干扰性，可靠性高。可选用加宽量程型号，获得优越的小流量性能和扩宽的流量范围。可选用潜水型流量计，允许长期浸泡在水中工作。

温度传感器采用Pt100热电偶温度传感器，热电偶传感器具有结构简单，测量范围广，热惯性小，精准度高，输出信号远等优点。

如图3所示，为CAN节点原理图。AT89S52是节点的微处理器，作为一个存储器I/O映像设备，负载对控制器SJA1000初始化，并控制其实现数据的收发等通信任务。在CAN总线通信接口中使用PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是独立的CAN通信控制器，用于完成CAN总线通信协议的物理层和数据链路层的功能。82C250为高性能、高速CAN收发器，使用它可增大收发距离，提高系统瞬间抗干扰能力，改良系统的抗电磁干扰辐射，保护总线，降低射频干扰，实现热防护等。为了进一步提高抗干扰能力，在CAN总线控制器SJA1000和驱动器82C250之间使用高速光耦器件6N137构成了隔离电路，传输介质使用双绞线(或同轴电缆)分别接在CAN收发器的CANH和CANL引脚。同时在总线两端CANH和CANL之间加上分离中断的终端电阻，对总线抗匹配起着相当重要的作用。

如图4所示，为滤波、放大电路原理图。前一级运放及其外围电路组成滤波电路，后一级运放及其外围电路组成滤波电路组成反相放大电路，用于对压力、流量、温度信号进行滤波放大处理。

如图5所示，为温度传感器检测电路原理图。热电阻Pt100温度传感器安装在现场，用于采集油井的温度。热电阻Pt100温度传感器与R0、R1、R2组成桥式电路，将由于温度变化所引起的热电阻的阻值变化转化成电压信号送入放大器，最后实现温度信号采集。

系统的工作原理如下：

如图1所示，一方面，中央控制机构通过internet、局域网络、CAN总线向分布在现场的远程数据采集模块发送数据采集或者执行动作的命令；另一方面，现场远程数据采集模块接受到中央控制机构或现场控制计算机的命令后，根据不同的命令完成相应的功能(数据采集或者执行动作)，然后将相关的采集数据或者状态数据经过处理后发送到总线上，通过总线发送到现场控制计算机或中央控制机构。

节点的硬件结构是以单片机为核心，包括模块转换、各种传感器、CAN控制器、CAN驱动器等组成，如图2所示。由于数据通信方式采用CAN总线，构成了开放式结构，由传感器构成的节点模块可以方便的接入数据采集系统，或从数据采集系统分离，即底层的设备和总线的开放互联与即插即用，实现了从传统集中式数据采集系统向模块化、分布式数据采集系统的结构转变。

本实用新型结合现代传感器技术、单片机控制、CAN总线通信等各种高新技术而设计了一套远程油井数据采集系统。该系统充分利用外网资源，易于构成覆盖整个油田区域的无线网路，具有投入成本低、功能强大、运行可靠、操作简单等特点。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。