趙雨　周天勇　陳晨

摘 要：我國(guó)石油資源豐富，采油煉油企業(yè)眾多，儲(chǔ)油罐是儲(chǔ)存油品的重要設(shè)備。但國(guó)內(nèi)許多反應(yīng)罐、大型儲(chǔ)油罐、加油站的環(huán)境監(jiān)測(cè)仍采用人工檢尺和分析化驗(yàn)的方法，其他參數(shù)的測(cè)定也沒(méi)有實(shí)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，這樣易引發(fā)安全事故，無(wú)法為生產(chǎn)操作和管理決策提供準(zhǔn)確的依據(jù)。本系統(tǒng)針對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)出符合我國(guó)國(guó)情的儲(chǔ)油罐區(qū)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可以保障石油庫(kù)區(qū)的安全生產(chǎn)，而且將加快石油行業(yè)的現(xiàn)代化管理進(jìn)程。

關(guān)鍵字：環(huán)境監(jiān)測(cè)；儲(chǔ)油罐區(qū)；數(shù)據(jù)采集；石油

隨著科技的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展，由傳統(tǒng)的人工測(cè)量開(kāi)始逐步向計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測(cè)方向發(fā)展。相比較而言，國(guó)外的油罐區(qū)環(huán)境安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能好，但其價(jià)格過(guò)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我國(guó)廣大用戶的承受能力。而國(guó)內(nèi)研制的系統(tǒng)大多計(jì)算精度低、穩(wěn)定性和可靠性差。因此，研發(fā)出符合我國(guó)國(guó)情的油罐區(qū)環(huán)境安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可以保障石油庫(kù)區(qū)的安全生產(chǎn)，而且將加快石油行業(yè)的現(xiàn)代化管理進(jìn)程。

1 系統(tǒng)總體框架

在設(shè)計(jì)儲(chǔ)油罐管理系統(tǒng)時(shí)，首先確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能要求，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度上進(jìn)行可行性分析，然后進(jìn)行方案選擇和總體設(shè)計(jì)，考慮下位機(jī)硬件電路的結(jié)構(gòu)是否合理，性價(jià)比等問(wèn)題，探討上位機(jī)的功能框架，采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和調(diào)試，最終完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

2 系統(tǒng)硬件電路

系統(tǒng)由溫、濕度光照傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)組成，模擬傳感器將檢測(cè)出的信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓，然后將模擬信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，通過(guò)ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)（八位二進(jìn)制），在單片機(jī)的控制下讀通道進(jìn)行選擇，完成信號(hào)的讀取，DS18B20可直接與單片機(jī)相連接，不需要經(jīng)過(guò)A＼D轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字量溫度被單片機(jī)進(jìn)行采集。接著利用一個(gè)串口通信模塊把采集到的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算中，利用計(jì)算機(jī)端的LABVIRW軟件編程對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)顯示，控制，報(bào)警及遠(yuǎn)程通信。

2.1 傳感器的選擇

單線溫度傳感器DS18B20，一根線實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的讀取。并且數(shù)字溫度傳感器抗干擾能力強(qiáng)，受電源穩(wěn)定變化影響小。DS18B20用9位（二進(jìn)制）對(duì)溫度進(jìn)行存貯，溫度數(shù)值穩(wěn)定且準(zhǔn)確度高。但編程相對(duì)模擬傳感器復(fù)雜，特別是編程中對(duì)延時(shí)要求較為苛刻。

HU-10S是將濕度傳感器的非線性電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為線性電壓信號(hào)，使用方便，外圍電路只需要一個(gè)電阻，就可得出1.0-3.0的直流電壓信號(hào)。可以直接介入A/D轉(zhuǎn)換電路而不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，功耗低，線性度好，測(cè)量準(zhǔn)確。

光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。本設(shè)計(jì)光強(qiáng)的檢測(cè)則采用光敏電阻，通過(guò)在不同光強(qiáng)下電阻值的變化來(lái)測(cè)量光強(qiáng)。

油氣濃度傳感器采用接觸燃燒式氣敏油氣濃度傳感器，該傳感器以密封吸入方式達(dá)到防爆要求標(biāo)準(zhǔn)其檢測(cè)元件是在鉑絲繞成的線圈上鍍以氧化鋁或者氧化鋁與氧化硅混合而成的涂覆層，經(jīng)一定溫度燒結(jié)而形成的球狀多孔體。在氧化鋁外表上敷有鉑、鈀等貴重金屬作催化層，組裝成氣敏元件。

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2所示，18引腳和19引腳接時(shí)鐘電路，XTAL1 接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)是振蕩器倒相放大器的輸入，XTAL2 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)是振蕩器倒相放大器的輸出。第9 引腳為復(fù)位輸入端，接上電容，電阻及開(kāi)關(guān)后夠按鍵復(fù)位電路，20 引腳為接地端，40 引腳為電源端。

2.3 ADC0809 數(shù)據(jù)采集電路

本電路實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，由ADC0809將模擬信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換為8為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后再經(jīng)單片機(jī)P2口送入單片機(jī)。單片機(jī)在完成數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲(chǔ)后，向上位機(jī)傳送。在數(shù)據(jù)采集電路中，ADC0809必須在單片機(jī)的控制下，才能實(shí)現(xiàn)其功能。

如圖3所示， ALE地址鎖存允許輸入信號(hào) ，其時(shí)鐘信號(hào)上升沿將A，B，C選擇的通道信號(hào)，輸入ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。該鎖存信號(hào)由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生，并經(jīng)P1.0輸出。接著，ST送入的信號(hào)上升沿將內(nèi)部置零，下降沿開(kāi)始啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后，EOC=1，可利用其作為CPU中斷信號(hào)，為下一次AD轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備。

2.4 串口通訊通信接口電路

串行通信接口電路一般由可編程的串行接口芯片、波特率發(fā)生器、EIA與TTL電平轉(zhuǎn)換器以及地址譯碼電路組成。通過(guò)串口通信電路，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的聯(lián)系。

2.5 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

模擬信號(hào)經(jīng)由A＼D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)大小，由電源和模擬信號(hào)共同決定，因此穩(wěn)定的系統(tǒng)供電電源對(duì)本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度起著至關(guān)重要的作用。本次系統(tǒng)電源電路采用7805穩(wěn)壓管和兩個(gè)470uf的電解電容對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓，產(chǎn)生穩(wěn)定的5V電源，消除電源變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要通過(guò)模擬和數(shù)字傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集，用信號(hào)調(diào)理電路對(duì)模擬傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)處理之后的信號(hào)再由串口通信電路送給上位機(jī)，通過(guò)LabVIEW程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，監(jiān)測(cè)，報(bào)警，存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程通信。完成這一任務(wù)，需要相應(yīng)單片機(jī)端軟件和計(jì)算機(jī)端軟件。

在單片機(jī)端程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要明確程序要實(shí)現(xiàn)的功能，即完成系統(tǒng)初始化，DS18B20數(shù)字溫度傳感器數(shù)字信號(hào)的讀取，對(duì)讀取的所有信號(hào)的處理和串口通信；其次將要實(shí)現(xiàn)的各功能模塊化程序，供程序調(diào)用，特別是對(duì)DS18B20溫度的讀取程序，語(yǔ)句較多，因此考慮自定義一個(gè)讀DS18B20溫度的庫(kù)函數(shù)，這樣可使主程序更簡(jiǎn)潔；最后是主程序自需要對(duì)各子程序的正確調(diào)用，便能實(shí)現(xiàn)其功能。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)對(duì)儲(chǔ)油罐區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)提出了一種新的方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)油罐區(qū)溫度、濕度、油氣濃度和光強(qiáng)環(huán)境的實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)，大大提高了儲(chǔ)油罐區(qū)安全性。此系統(tǒng)還具有適應(yīng)性強(qiáng)，即投即用，簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、可靠等多個(gè)特點(diǎn)，具有很好的市場(chǎng)推廣價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。本論文對(duì)基于虛擬技術(shù)的遠(yuǎn)程通信環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行了全面詳盡的介紹，并完成了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要工作總結(jié)如下：

（1）提出了智能遠(yuǎn)程環(huán)境溫度、濕度以及光照度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件、硬件實(shí)施方案。

（2）利用適用性很強(qiáng)的LabVIEW虛擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

（3）完成了智能遠(yuǎn)程環(huán)境溫度、濕度以及光照度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件程序和硬件系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。

（4）該系統(tǒng)軟件程序和硬件電路設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際需要，可對(duì)更多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過(guò)調(diào)試，多次演示，該系統(tǒng)可用于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)中。

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作者簡(jiǎn)介

趙雨，西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院學(xué)生，現(xiàn)在德州魯信鉆井技術(shù)服務(wù)有限公司從事鉆井技術(shù)服務(wù)相關(guān)工作。