吳文濤 貴州電子信息職業(yè)技術學院

油井設備無線傳感器溫度控制系統(tǒng)

吳文濤 貴州電子信息職業(yè)技術學院

油井設備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統(tǒng)，軟件部分主要包括數(shù)據(jù)處理模塊和管理模塊。多傳感器檢測是基于無線傳感器網(wǎng)絡的應用系統(tǒng)的一個重要的方向。溫度數(shù)據(jù)融合是依據(jù)歷史統(tǒng)計信息，對傳感器采集信息進行閾值鎖定；通過對信息進行優(yōu)化分類來導出有效信息并刪除冗余信息。分布式溫度數(shù)據(jù)處理客戶端利用接口對Tiny DB進行查詢、驗證、溫度數(shù)據(jù)反饋、網(wǎng)絡連接、建立交互平臺等。

油田設備；溫度；多傳感器；控制系統(tǒng)；監(jiān)測

1 控制系統(tǒng)組成

油井設備無線傳感器溫度控制器采用Linux操作系統(tǒng)，軟件部分主要包括數(shù)據(jù)處理模塊和管理模塊。適配層向上可支持Linux的TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議棧，提高了無線傳感器溫度控制器與MAC的互操作性，無線傳感器溫度控制器協(xié)議增加了未來應用和服務的范圍，利于以后功能擴展。適配層收到自身的數(shù)據(jù)后，判斷是否為無線傳感器溫度控制器報文，分別交給無線傳感器溫度控制器接收函數(shù)和802.15.4接收函數(shù)。其中溫度控制器報文是用于與外網(wǎng)通信，802.15.4幀用于PAN內部節(jié)點通信。溫度控制器報文進入PAN后經頭部壓縮，分片成802.15.4幀在PAN內傳輸。數(shù)據(jù)模塊主要負責在用戶應用程序、套接字接口、UDP、溫度控制器、適配子層、介質接入控制層以及物理層之間維護數(shù)據(jù)的收發(fā)通道。

油田電力線載波通信系統(tǒng)主要有網(wǎng)內數(shù)據(jù)收發(fā)和網(wǎng)間數(shù)據(jù)收發(fā)兩種數(shù)據(jù)收發(fā)方式。

2 多傳感器檢測

多傳感器檢測是基于無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的一個重要的研究方向，它不僅從傳感器角度進行研究，還涉及計算機技術、無線通信技術、集成電路技術、半導體技術等多個領域，是新一代高新智能技術的核心基礎之一。衛(wèi)星導航、目標鎖定、雷達感知、車載智能終端導航、遙感、地理信息系統(tǒng)、智能機器人、智能醫(yī)療應用和環(huán)境防護等許多應用領域都和多傳感器檢測技術緊密相關[1-2]。多傳感器監(jiān)測技術解決了單個傳感器采集溫度數(shù)據(jù)單一、不能全面描述監(jiān)測對象等問題。多個傳感器檢測不僅可以描述同一觀測實體的多方面信息，而且可根據(jù)某一特征進行信息對比。智能化電子狗的設計就是模擬動物五官來進行此類傳感器的集成，將視頻傳感器、加速度傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等一系列傳感器集成，采集全面的環(huán)境信息，實現(xiàn)電子狗的智能化[3]。

3 溫度數(shù)據(jù)融合技術

3.1 融合方法

溫度數(shù)據(jù)融合技術是通過感知監(jiān)測實體而得到的沒有規(guī)律的溫度數(shù)據(jù)信息，通過溫度數(shù)據(jù)融合算法使其變得滿足使用者的要求，達到輔助使用者進行判定形式、調整布局、構架方案等目的。信息融合的基本原理是利用傳感器感知被監(jiān)測實體，獲取信息資源。通過對各種信息資源（這里主要是傳感器節(jié)點感知信息和總結的歷史溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息）的綜合分析和結合使用，實現(xiàn)不同傳感器在空間和時間上的互補，采集的冗余信息通過溫度數(shù)據(jù)過濾準則進行精簡，實現(xiàn)對監(jiān)測實體的一致性描述。其目標是依據(jù)歷史統(tǒng)計信息，對傳感器采集信息進行閾值鎖定；通過對信息進行優(yōu)化分類來導出有效信息并刪除冗余信息。溫度數(shù)據(jù)融合技術為先進的油井設備溫度系統(tǒng)提供了重要的溫度數(shù)據(jù)處理技術[4]。

3.2 數(shù)據(jù)融合的分類

通過信息融合將多個傳感器檢測的信息與大量的歷史觀測溫度數(shù)據(jù)進行科學、合理的綜合處理，不僅可以降低節(jié)點傳輸信息的功耗并提升無線傳感器網(wǎng)絡工作周期，還可以提高實時監(jiān)測性能和報警智能化程度。按溫度數(shù)據(jù)融合的應用層次不同可將其分為像素級融合、特征級融合和決策級融合三種形式。溫度數(shù)據(jù)融合在多信息源、多平臺和多用戶系統(tǒng)內起著重要的處理和協(xié)調作用，保證了溫度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各單元與匯集中心間的連通性與及時通信，而且使原來由油井設備監(jiān)測人員完成的許多功能由溫度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、準確、有效地自動完成。溫度數(shù)據(jù)融合技術對油井設備溫度系統(tǒng)的影響極為深遠，大量新的檢測技術的發(fā)展迫切需要溫度數(shù)據(jù)融合技術的應用和支持。

3.3 處理算法仿真軟件

Avrora是一種可用于多個平臺的程序仿真模擬器，它可用于任何AVR的仿真，可以模擬所有基于AVR指令集的傳感器網(wǎng)絡程序，可以跨平臺運行，體現(xiàn)JAVA編程的特性，Avrora的特性可以用下公式形象地表示：

Avrora=時鐘周期級別的模擬+多線程+

事件隊列+有效的同步機制

Avrora可以模擬異構網(wǎng)絡，通過無線傳感器網(wǎng)絡的休眠機制優(yōu)化仿真器的性能，利用創(chuàng)建事件隊列的形式實現(xiàn)對大規(guī)模網(wǎng)絡的仿真，還可以實現(xiàn)應用程序在節(jié)點上的仿真、在PC上的仿真和應用程序在虛擬平臺上的仿真。

4 分布式溫度數(shù)據(jù)處理

分布式溫度數(shù)據(jù)處理所用的Tiny DB管理系統(tǒng)主要由Tiny DB服務器、監(jiān)控主機的客戶端頁面、網(wǎng)關節(jié)點3個部分組成?？蛻舳隧撁嫖挥诒O(jiān)控臺，主要使用JAVA語言開發(fā)，Tiny DB提供客戶端接口，客戶端利用接口對Tiny DB進行查詢、驗證、溫度數(shù)據(jù)反饋、網(wǎng)絡連接、建立交互平臺等。

Tiny DB的應用設計包括客戶端功能模塊的設計、交互進程設計、傳感器節(jié)點端的軟件設計等部分?？蛻舳斯δ苣K包括使用Tiny SQL進行的一系列溫度數(shù)據(jù)庫操作。交互進程設計主要是將用戶所關心的溫度數(shù)據(jù)進行提取和分析，按照Tiny DB的編程模式進行應用程序的開發(fā)。傳感器節(jié)點端的軟件設計主要包括模式管理器，節(jié)點列表、查詢處理器、網(wǎng)絡拓撲管理和溫度數(shù)據(jù)存儲管理等。

[1]陳英芝．關于DS18B20在溫度檢測系統(tǒng)中的應用[J]．電子世界，2013（19）：95.

[2]楊穗，楊恢先，王子菡，等．溫度遠程無線自動控制系統(tǒng)的設計[J]．電子器件，2005（4）：801-805.

[3]吳世富．基于無線通信的油氣田井口數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2013，32（2）70-71.

[4]尤文，張昕，韓波，等．超低功耗無線數(shù)字溫度傳感器的研制[J]．中國測試技術，2006（5）：139-141.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.049