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        基于STM32F103C8T6和ZigBee的油井壓力監(jiān)控系統(tǒng)研究

        2014-04-12 00:00:00周利娜周建平許燕李鴻
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2014年6期

        摘 要:根據(jù)我國(guó)大部分油田偏遠(yuǎn)分散布線不利的特點(diǎn),在目前多數(shù)油田監(jiān)控采用485總線等進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了采用32位Cortex-M3 內(nèi)核的STM32F103C8T6和ENC28J60嵌入式服務(wù)器,并利用ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送BMP085采集的壓力和溫度數(shù)據(jù)到該服務(wù)器,由服務(wù)器再通過以太網(wǎng)發(fā)送至監(jiān)控端的壓力監(jiān)控系統(tǒng)。相比485總線,本設(shè)計(jì)在傳輸速率等方面具有顯著提升且性能穩(wěn)定,從而為油田信息化和自動(dòng)化監(jiān)控提供了一個(gè)有效方案。

        關(guān)鍵詞:STM32F103C8T6;ENC28J60;ZigBee;油田;壓力數(shù)據(jù);

        中圖分類號(hào):TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-1302(2014)06-0038-04

        0引言

        目前我國(guó)大多數(shù)油田地處偏遠(yuǎn)地區(qū)、分布范圍廣、油井分散,若對(duì)油井出現(xiàn)的異常情況不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),及時(shí)采取措施, 可能直接導(dǎo)致原油產(chǎn)量降低,設(shè)備使用壽命減短,能耗增加,有時(shí)甚至?xí)斐蓢?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,降低了經(jīng)濟(jì)效益[1]。壓力和溫度是油井抽油機(jī)正常工作的重要指標(biāo),所以本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在壓力和溫度數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。

        傳統(tǒng)的徒手抄計(jì)和便攜式存儲(chǔ)已不再適合油井開采現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中,在線遠(yuǎn)傳階段已經(jīng)到來[2],信息化、自動(dòng)化的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控是一個(gè)必然發(fā)展趨勢(shì)。目前少數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通常采用8位或16位主芯片,通過485總線等方式進(jìn)行遠(yuǎn)程通信,系統(tǒng)存在反應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)傳輸速率低、布線復(fù)雜易受干擾等缺點(diǎn)[3]。

        本文設(shè)計(jì)的油井壓力數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)計(jì)應(yīng)用ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn),嵌入式服務(wù)器部分采用32位Cortex-M3 內(nèi)核的STM32F103C8T6微處理芯片和高性能以太網(wǎng)控制芯片ENC28J60實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)通信接口設(shè)計(jì)。

        1系統(tǒng)總體構(gòu)成方案

        整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收監(jiān)測(cè)端兩部分,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        數(shù)據(jù)采集發(fā)送端負(fù)責(zé)油井現(xiàn)場(chǎng)每間隔一段時(shí)間采集一次壓力數(shù)據(jù),并通過ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)送至嵌入式服務(wù)器中的協(xié)調(diào)器。

        數(shù)據(jù)接收監(jiān)測(cè)端由ZigBee協(xié)調(diào)器、STM32控制器和上位機(jī)監(jiān)控軟件組成,協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收由ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的無線數(shù)據(jù),并傳送至STM32控制器通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控PC進(jìn)行查看和控制。

        圖1監(jiān)控系統(tǒng)總體構(gòu)成

        2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        2.1數(shù)據(jù)采集發(fā)送端

        數(shù)據(jù)采集發(fā)送端的硬件設(shè)計(jì)主要為傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì),ZigBee節(jié)點(diǎn)選用 TI 公司生產(chǎn)的 CC2530 片上系統(tǒng)芯片來設(shè)計(jì), CC2530芯片采用6X6QFN封裝,有電源引腳、控制引腳和GPIO引腳(P0、P1為8位的I/O引腳,P2只有5位的可用I/O),總共40個(gè)引腳。該芯片除了具有符合 IEEE802.15.4 規(guī)范的 2.4 GHz 標(biāo)準(zhǔn)的RF收發(fā)器外,它還在片內(nèi)集成了一個(gè) 8 位的 8051 增強(qiáng)型微處理器、8 KB 的 SRAM 和大容量 FLASH(用來保存 ZigBee 協(xié)議棧)等[4]。

        壓力傳感器采用BMP085壓力傳感器,它的測(cè)量范圍為300~1 100 hPa,反應(yīng)時(shí)間為7.5 ms,該傳感器應(yīng)用于抽油機(jī)原油壓力數(shù)據(jù)的測(cè)量中,合適的測(cè)量范圍決定了靈敏度符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)它具有溫度補(bǔ)償功能,采用無鉛陶瓷載體封裝,適用在海拔500 m~9 000 m環(huán)境,保證工作狀態(tài)長(zhǎng)期穩(wěn)定。

        CC2530通過I/O口與BMP085相連,CC2530內(nèi)部處理器與BMP085之間采用IIC總線進(jìn)行通信。傳感器采集到壓力和溫度數(shù)據(jù),經(jīng)AD轉(zhuǎn)換傳送給片內(nèi)8051微處理器,微處理器控制傳感器節(jié)點(diǎn)與其它傳感器節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。RF無線收發(fā)器,通過SPI與處理器模塊相連。其傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖2所示。

        圖2傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)框圖

        2.2數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)接收端

        數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)接收端的硬件設(shè)計(jì)主要分為兩部分:ZigBee協(xié)調(diào)器、STM32嵌入式以太網(wǎng)控制服務(wù)器設(shè)計(jì)。

        ZigBee協(xié)調(diào)器同樣選用CC2530芯片進(jìn)行設(shè)計(jì), 但為了與主處理器連接方便,本文把協(xié)調(diào)器做成一個(gè)模塊,其引腳定義如圖3所示。

        圖3ZigBee協(xié)調(diào)器引腳定義圖

        圖3中,CC2530的I/O引腳(P0.2和P0.3)通過設(shè)定SFR寄存器作為USART的RX和TX引腳使用,與STM32的USART串口引腳相連進(jìn)行通訊。

        STM32嵌入式以太網(wǎng)控制服務(wù)器的硬件設(shè)計(jì)采用基于Cortex-M3內(nèi)核的處理器STM32F103CBT6作為服務(wù)器主處理器,高性能完全滿足設(shè)計(jì)要求,以太網(wǎng)芯片采用美國(guó)Microchip公司的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器ENC28J60,它采用速度高達(dá)10 Mb/s的SPI三線接口作為通信通道,同時(shí)內(nèi)部集成了符合IEEE802.3規(guī)則的 MAC 層和物理層控制器 [4]。

        按照STM32指導(dǎo)手冊(cè),一個(gè)完整的STM32最小系統(tǒng)還外接所需的晶振和去耦電路。其中STM32 的 PA2、PA3 引腳是復(fù)用功能引腳作為 USART2 串口與 CC2530 的串口引腳相連,另外本系統(tǒng)主處理器內(nèi)部移植了 uIP 協(xié)議,通過 USART2 和 CC2530 連接,設(shè)置了一個(gè)緩沖隊(duì)列保存串口接收帶的無線模塊的數(shù)據(jù),然后應(yīng)用 uIP 的底層驅(qū)動(dòng)控制 ENC28J60,利用以太網(wǎng)發(fā)送到上位機(jī)。

        根據(jù)ENC28J60用戶手冊(cè)和本設(shè)計(jì)的要求,本設(shè)計(jì)選用了符合10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)并自帶RJ45插座的以太網(wǎng)隔離變壓器HR91102A,提高系統(tǒng)的抗干擾性。變壓器需在ENC28J60 的TPIN 和TPOUT兩引腳相連四個(gè)50 Ω電阻和兩個(gè)0.01 uF的電容ENC28J60連接一個(gè)25 MHz的晶振,跨接一個(gè)2.75 kΩ的偏置電阻均按手冊(cè)連接。圖4所示是STM32嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器原理圖。圖中STM32程序下載設(shè)計(jì)使用的是標(biāo)準(zhǔn)的JTAG仿真調(diào)試接口。

        圖4STM32嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器原理圖

        3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

        系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)的功能是將油井現(xiàn)場(chǎng)的抽油機(jī)壓力數(shù)據(jù)在ZigBee物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)中從節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)送至嵌入式服務(wù)器中的協(xié)調(diào)器。為了服務(wù)器處理和連接方便,本文將ZigBee協(xié)調(diào)器和STM32做成了一個(gè)模塊。協(xié)調(diào)器經(jīng)過初始化,選擇頻道和建立網(wǎng)絡(luò)后,進(jìn)入無線監(jiān)聽狀態(tài),當(dāng)有新的傳感器節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入時(shí),給新節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址并接受節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給STM32處理器,通過以太網(wǎng)上傳至上位監(jiān)控PC,系統(tǒng)總體流程如圖5所示。

        圖5系統(tǒng)總體工作流程圖

        3.2ZigBee節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)利用 SensorDemo模板并進(jìn)行部分改寫來實(shí)現(xiàn) ZigBee 節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)。在 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型:協(xié)調(diào)器(ZC)、路由器(ZR)、

        終端設(shè)備(ZD)[6]。ZigBee的開發(fā)軟件選用IAR EW8051-8.10.1 ,Z-Stack協(xié)議棧選用ZStack-CC2530-2.5.0,本系統(tǒng)為了操作方便,將SensorDemo改動(dòng)去掉按鍵操作,上電即自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)并發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。重點(diǎn)對(duì)void zb_HandleKeys( uint8 shift, uint8 keys )的改動(dòng)是刪除程序中的SW1等的按鍵觸發(fā)事件;核心對(duì)void zb_HandleOsalEvent( uint16 event )的改寫如下:

        void zb_HandleOsalEvent( uint16 event )

        {

        uint8 logicalType;

        ……

        if( event ZB_ENTRY_EVENT )

        {

        initUart(uartRxCB);

        HalLedBlink ( HAL_LED_1, 0, 50, 500 );

        HalLedSet( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_OFF );

        zb_ReadConfiguration( ZCD_NV_LOGICAL_TYPE, sizeof(uint8), logicalType );

        if ( logicalType != ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR)

        {

        logicalType = ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR;

        zb_WriteConfiguration(ZCD_NV_LOGICAL_TYPE, sizeof(uint8), logicalType);

        zb_SystemReset();

        }

        ….

        }

        }

        程序運(yùn)行至此,終端節(jié)點(diǎn)就會(huì)自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)并建立綁定;到了這一步的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)形成了,網(wǎng)絡(luò)形成后就可以傳輸采集到的壓力和溫度數(shù)據(jù)了;程序中需要注意的是CC2530將協(xié)調(diào)器稱為gateway(網(wǎng)關(guān))而不是collector。

        3.3嵌入式以太網(wǎng)STM32軟件設(shè)計(jì)

        嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器要實(shí)現(xiàn)的功能是通過USART2接收CC2530傳送的數(shù)據(jù),并通過SPI1連接ENC28J60從以太網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)到監(jiān)控PC。以太網(wǎng)服務(wù)器經(jīng)過對(duì)STM32和ENC28J60進(jìn)行初始化,設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘和引腳輸出方式,配置SPI總線符合ENC28J60

        的時(shí)序要求,對(duì)ENC28J60的初始化是通過SPI總線對(duì)它的寄存器進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)的,主要設(shè)置收發(fā)緩沖區(qū)的大小和起始地址、設(shè)置以太網(wǎng)過濾器、配置MAC層、物理層和LED指示燈等[4]。STM32F103可通過SPI接口發(fā)送命令,訪問ENC28J60的相關(guān)寄存器來完成相應(yīng)的操作。下面給出ENC28J60接收/發(fā)送數(shù)據(jù)包的程序框架:

        ENC28J60發(fā)送數(shù)據(jù)包程序框架如下:

        void enc28j60PacketSend(unsigned int len, unsigned char* packet)

        {

        enc28j60Write(EWRPT, (TXSTART_INIT)0xFF);

        enc28j60Write(ETXND,(TXSTART_INIT+len)0xFF);

        enc28j60WriteOp(ENC28J60_WRITE_BUF_MEM, 0, 0x00);

        enc28j60WriteBuffer(len, packet);

        enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, EC

        ENC28J60接收數(shù)據(jù)包主要框架程序如下:

        unsigned int enc28j60PacketReceive(unsigned int maxlen, unsigned char* packet)

        {

        enc28j60Write(ERDPT, (NextPacketPtr));

        NextPacketPtr=enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);

        NextPacketPtr|=enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8;

        len = enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);

        len |= enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8;

        rxstat=enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);

        rxstat |= enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8;

        enc28j60ReadBuffer(len, packet);

        return(len);

        }

        3.4高層協(xié)議uIP移植和應(yīng)用層主程序的設(shè)計(jì)

        完成了MAC 層及物理層協(xié)議的驅(qū)動(dòng)程序,要想實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)服務(wù)器與其它設(shè)備之間的通信,還要在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高層的 TCP/IP 協(xié)議。本文選用uIP1.0協(xié)議棧并對(duì)其適當(dāng)精簡(jiǎn)來實(shí)現(xiàn)功能。uIP協(xié)議棧由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的AdamDunkels開發(fā)的免費(fèi)、開發(fā)源代碼的協(xié)議棧[7]。在本系統(tǒng)中程序首先用中斷的方式接收 ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送給主處理器串口的數(shù)據(jù),并設(shè)置接收隊(duì)列暫存這些數(shù)據(jù)。在主程序中的主要任務(wù)是不斷監(jiān)測(cè)串口的標(biāo)志位,當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí),把數(shù)據(jù)添高位封裝后,通過 ENC28J60 的以太網(wǎng)接口發(fā)送到上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件中。其工作流程圖見圖6所示。

        圖6uIP協(xié)議棧應(yīng)用層向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖

        4結(jié)語(yǔ)

        本文設(shè)計(jì)的基于STM32F103C8T6和ENC28J60的嵌入式服務(wù)器,利用ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送BMP085采集的壓力和溫度數(shù)據(jù)到服務(wù)器,服務(wù)器再通過以太網(wǎng)發(fā)送至監(jiān)控端,設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠,為油田業(yè)信息化監(jiān)控提供了一個(gè)有效方案。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]雷文禮,楊延寧,劉巧平,等. 基于ZigBee技術(shù)的油井無線視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2009(5):91-94.

        [2]母長(zhǎng)綿.油井?dāng)?shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)控方案的探索與實(shí)施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012(9):92.

        [3]陳曦,楊佐龍,周智恒,等. 關(guān)于Zigbee定位參考節(jié)點(diǎn)布局方案的研究[J].中國(guó)科技信息,2013(12): 95.

        [4]楊嘯宇.基于Cortex-M3的無線射頻數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)研究[D].天津:天津理工大學(xué),2011.

        [5]周志敏,紀(jì)愛華.電磁兼容技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

        [6] JIN Ming-Hui, YU Chih-hao, LAI Hung-Ren, et al. Zigbee positioning system for smart home application [J]. Lecture Notes in Computer Science, 2007, 56(3): 1417-1425.

        [7] UIP. The uIP embedded TCP/IP stack: the uIP 1.0 reference manual [R]. [S.l.]: UIP, 2006.

        作者簡(jiǎn)介:周利娜,女,碩士,機(jī)械電子工程。研究方向?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)與微機(jī)控制。

        周建平,男,教授,研究生導(dǎo)師。

        許 燕,女,副教授,研究生導(dǎo)師。

        李 鴻,女,碩士,機(jī)械電子工程。研究方向?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)與微機(jī)控制。

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