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新型油井远程监控装置简介

TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK\l_Toc35911、功能概述 PAGEREF_Toc35911
HYPERLINK\l_Toc173752、应用前景 PAGEREF_Toc1737510
HYPERLINK\l_Toc101523、系统设计创意 PAGEREF_Toc1015211
HYPERLINK\l_Toc240754、项目实现介绍 PAGEREF_Toc2407513
HYPERLINK\l_Toc181755、团队及设计过程 PAGEREF_Toc1817513
HYPERLINK\l_Toc112826、小结 PAGEREF_Toc1128215


1、功能概述
系统包括硬件电路设计和GSM油井监控软件设计两部分。其中硬件电路设计包括监测终端和监控中心两部分，监测终端包括GSM通信模块SIM900A及其驱动电路、32bitARM微处理器STM32F103RBT6、供电电路和传感器的数据采集与处理电路,继电器控制电路；监控中心包括SIM900A及其驱动电路、STM32F103RBT6单片机、供电电路、报警处理电路，并通过RS232连接至监控计算机。监测终端和监控中心的ARM微处理器软件设计包括GSM通信模块的发送与接受主程序、通过串口的短消息接收和发送等程序，监测终端还包括RS-485总线程序、CAN总线程序、继电器控制程序、传感器的数据采集与处理程序。GSM油井监控软件采用LABVIEW编写，具有报警显示、图表监视器、统计图表、打印报表等多个功能。系统框图如图1.

图1系统应用框图
GSM模块
（SIM900a）

继电器组（固态继电器）

SP1117-3.3
提供3.3V电源
MP2143
提供4V电源给GSM模块
RS_485总单元(MAX487)

油井GSM监控终端与PC串行通信单元（MAX3232）

射频天线接口
CAN总线单元（SN65HVD230）
JTAG程序下载机调试接口
MCU微控制单元（STM32F103RBT6）

图2装置硬件实物

1）MCU微控制单元（STM32F103RBT6）

图3MCU微控制单元
MCU微控制单元采用STM32F103RBT6，它使用高性能的ARM-CortexM332bit的RISC内核，内置高速存储器，工作频率为36MHZ,CPU能以零等待周期访问（读/写），丰富的增强型外设和IO端口连接到两条APB外围总线外设。所有型号的器件都包含一个12bit的ADC和3个通用的16bit定时器、还包含标准的通信接口,2个I2C接口、2个SPI、3个USART、一个CAN.设计时，采用STM32F103RBT6可以方便实现接入传感器信号，其工作电压为2.0V~3.6V的工作电压能够满足MCU和GPRS模块直接相连的需要，而无需电平转换，一系列的省电模式满足低功耗应用的需求。

油井控制单元与油井各设备之间串行通信单元(MAX487)

图4MAX487原理图
单片机组成的多机通信系统，具有灵活的功能和性价比，在工业测控领域应用十分广泛，但是单片机收发的都是TTL电平，驱动能力和抗干扰性有限，无法进行“长线”通信。实用中常配合总线互联。RS485总线就是其中一种，RS485既是物理层的协议标准，也是串行通信接口的电器标准，用此标准可以很方便地把计算机、单片机和各种设备连接起来，构成测控系统。RS485总线是平衡差分传输，抗干扰性好，最远可传输1200米，最多可互联128个单片机，很适合多机通信。通信芯片采用MAXIM公司生产的MAX487，该芯片是RS485通讯的低功耗收发器件，它含有一个驱动器和一个接收器，最大可连接128个子系统，最远传输距离1200米，传输速度可达250KB／s。可采用半双工方式，适合在比较恶劣的环境下工作，在油井现场，有很大的实用价值。

油井GSM监控终端与PC串行通信单元（MAX3232）

图5MAX3232串行通信单元
系统采用的是RS-232串行通信进行监控中心与监控计算机通讯。RS-232
是目前PC机与通信工业中应用最为广泛的一种串行接口，RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准，其采取不平衡传输方式。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，当发送数据时发送端驱动器输出正电平为+5V～+15V、负电平为一5V～一15V；当传输数据时，线上为TTL电平，从开始传输数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平为+3V～+12V与一3V～一12V。
监控中心