基于ZigBee的油田污染源数据采集传输系统开发.pdf

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1、北京石油化工学院学报第21卷第2期Vo1．21NO．2JournalofBeijingInstituteof2013年6月Jun．2013Petro—chemicalTechnology基于ZigBee的油田污染源数据采集传输系统开发管峰，李振林(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102200)摘要：针对油田污染源目前所采用的数据采集传输仪(以下简称数采仪)的可操作性和可维护性不高的问题，提出将ZigBee技术应用到数采仪中，可以大大提高该数采仪的可操作性和可维护性。主要阐述了目前油田污染源所用数采仪的现状和ZigBee技术的特点和优势，根据油田自身的特点，选取适合油田的

2、ZigBee网络拓扑结构，对ZigBee模块进行软硬件设计，最终实现油田污染源数据的采集与传输，在一定程度上提高了油田污染源在线监测系统的自动化程度。关键词：ZigBee技术；油田污染源；数据采集传输仪中图分类号：TH86文献标志码：A油田所在地区由于雪、雾、风沙等自然现象功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主较为普遍，且气温波动较大l】]，好多存放数据采要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种集传输仪的站房比较偏，设施不达标，严重缩短电子设备之间进行数据传输以及典型的周期性了数据采集传输仪的使用寿命。另外，由于站数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应房地处较偏，一旦出现问题

3、，不利于维护人员的用。主要用于自动控制和远程控制领域，可以维护。而且每个企业的各个污染源监测站点分嵌入各种设备，解决工业生产现场信号采集中布比较分散，有的站点之间相距几百米，有的则布线复杂、信号多样、环境恶劣等问题。主要具相距数十公里，因此，寻找出一种甚至多种能适有以下一些特点：应油田特点的无线通信网络显得尤为重要。(1)传输速率低：在10~250kb／s。近年来，大带宽、高速率的无线通信技术一(2)耗能低：采用休眠模式进行收发网络节直是研究热点和技术发展趋势，然而，低速率、点信息，普通的2节5号电池就能维持6个月低功耗、短距离的通信网络技术也有着重要应到2年。用，在一些领域发挥了

4、不可忽视的作用]。笔(3)低成本、短时延：低速率的数据传输对者旨在将一种低速率、低功耗、短距离的通信网设计要求简单，因此研发成本低，同时时延不超络应用到油田污染源数采仪中，结合当前热门过30ms。的GPRS远程无线通信技术来更好地满足油(4)网络容量大：每个节点由网络层分配2田污染物数据指标的采集与传输。个字节的网络地址，最大处可接人65000个节点。1ZigBee技术简介(5)动态组网自动化：节点的动态离开和网1．1ZigBee技术特点络加入灵活，网络的可扩展性和可修复性得到ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低了极大的增强。(6)安全性：运用AES-128加密算法，数据收稿

5、日期：2012-l1—01可以进行完整性的检查和鉴权等功能。同时可作者简介：管峰(1988一)，男，硕士生，主要研究方向为现代机械设计方法与理论、在线监测技术的研究，Email：保证节点数据不被非法侵入者窃取。yuanfengll11@163．corn。(7)灵活的频段：把免执照频段应用到工作6北京石油化工学院学报2013年第21卷频段，便于部署。性和网络健壮性，因为他拥有备用的1条或多1．2几种无线通讯方式的比较条的路径传输数据，即使1条路径出现问题，网目前比较热门的几种无线通讯方式有红外络也能正常运行，同时各节点都对等，都有路由技术、蓝牙技术、wi—Fi技术、移动通信技术，与能

6、力，这样就造就了动态的路由拓扑。缺点是其他几种无线通信技术相比，ZigBee具有近距路由模式不固定，瞬时网络连接质量决定了数离、低速率、低功耗、低成本、支持网络节点多等据传输的时间，网络更加复杂化，耗功也增特点，可广泛地应用于环境监测、农业自动化、大了。工业控制等领域。几种通讯方式的比较见(3)树形结构实现了网络覆盖范围的扩大表1。和“多跳”功能。他继承了星型结构的简单性和成本低的特点，没有网状拓扑结构复杂。缺点表1几种无线通讯技术的特性比较是他与枝干任一个节点的安全性息息相关，很特性Z[gBee红外蓝牙WiFi移动通信单点覆盖50～300m3m10m50m几公里容易出现某一部分节

7、点脱离网络，所以网络性网络扩展性自动扩展无无无无太差。电池寿命数年数天数天数小时数天复杂性简单一般复杂非常复杂复杂通过对这3种网络拓扑结构的优缺点比较峰值速率250kbps4Mbps1Mbps1～11Mhz38．4kbps发现，要建立1个无线数据采集系统需要1个传输媒介2．4GHz红外线2．4GHz2．4GHz0．8～1GHz联网所需时问30ms数秒l0s3s数秒合理的网络拓扑结构，需要从成本、网络结构的终端设备费用低低低高较高复杂程度去综合考虑，以最低廉的成本和最简