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挑战杯大学生课外学术科技作
品竞赛获奖作品范本

新型油井远程监控装置简介

1、功能概述.............................................................2
2、应用前景...........................................................12
3、系统设计创意...................................................13
4、项目实现介绍...................................................16
5、团队及设计过程...............................................16
6、小结...................................................................18

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

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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.

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MCU微控制单元JTAG程序下载

（STM32F103RBT6）机调试接口

CAN总线单元

2）油井（SN65HVD230）
GSM监控
终端与PC
串行通信
单元

继电器组RS_485总单元
（固态继电(MAX487)

SP1117-
3.3
提供
3.3V电
源

MP2143射频天线接口
提供4V电
源给GSM模
块

GSM模块
（SIM900a）

图2装置硬件实物

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1）MCU微控制单元（STM32F103RBT6）

图3MCU
微控制单元
微
MCU控制单元采用STM32F103RBT6，它使用高性能的ARM-CortexM3

32bit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。

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2）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。

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3）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