專利名稱：錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感器采集系統(tǒng)，特別是涉及一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
綜合錄井儀主要通過安裝在井場各區(qū)域的傳感器進行壓力、流量、扭矩、泥漿特性等工程參數(shù)的采集，現(xiàn)階段錄井儀使用的傳感器或者傳感器采集系統(tǒng)采用集中式總線或CAN總線形式，這些傳感器的信號傳輸和供電都需要通過電纜線與綜合錄井儀進行連接，從而安裝、拆卸和維護相對麻煩，而且現(xiàn)場布線困難且容易受損，同時傳感器信號在傳輸過程中容易受到井場各種異常情況的干擾，影響了錄井的效率和質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，從而擺脫施工現(xiàn)場布線要求，避免因意外工程事故對傳輸線纜造成損傷而導(dǎo)致的采集系統(tǒng)故障，并且降低施工復(fù)雜度，提高工作效率。本實用新型的技術(shù)方案是:一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置，其中數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和至少一個主節(jié)點，傳感器節(jié)點包括采集外部信號的傳感單元、處理傳感單元輸出信號的傳感器節(jié)點處理單元、傳輸經(jīng)處理后信號的傳感器節(jié)點無線通信單元和用于供電的傳感器節(jié)點電源單元，主節(jié)點包括接口單元和主節(jié)點無線通信單元，傳感器節(jié)點和主節(jié)點通過各自的無線通信單元、采用無線傳輸方式進行相互通信，并且主節(jié)點通過接口單元與數(shù)據(jù)接收裝置電連接。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括至少一個中繼節(jié)點，中繼節(jié)點包括中繼節(jié)點無線通信單元和中繼節(jié)點電源單元，中繼節(jié)點通過無線傳輸方式分別與傳感器節(jié)點和主節(jié)點進行通信。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，還包括了用于采集數(shù)據(jù)接收裝置周圍環(huán)境信號的附加傳感器模塊，附加傳感器模塊與數(shù)據(jù)接收裝置連接，并且附加傳感器模塊中的若干傳感器設(shè)于數(shù)據(jù)接收裝置周圍。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感單元中的傳感器的供電電壓為3V以下。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感單元中的傳感器包括絞車傳感器、泵沖傳感器、壓力傳感器、出口流量傳感器和扭矩傳感器中的一種或幾種，且該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點為可拆卸電連接。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感單元中的傳感器包括泥漿溫度傳感器、泥漿密度傳感器、泥漿電導(dǎo)率傳感器、超聲波液位傳感器和硫化氫傳感器中的一種或幾種，該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感器節(jié)點、中繼節(jié)點及主節(jié)點的無線通信單元采用集成了低功耗無線射頻收發(fā)器和微處理器的ZigBee芯片，并采用ZigBee無線通信協(xié)議。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感器節(jié)點處理單元采用MSP430系列微處理器。本實用新型的有益效果是:1、本實用新型通過將多個傳感器節(jié)點和至少一個主節(jié)點構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，各傳感器節(jié)點分別采用無線傳輸方式與主節(jié)點進行通信，并且主節(jié)點還與數(shù)據(jù)接收裝置連接，從而構(gòu)成了無需在施工現(xiàn)場再進行布線的無線傳感器采集系統(tǒng)，從而避免了因意外工程事故對傳輸線纜造成損傷而導(dǎo)致的采集系統(tǒng)故障，并且大大降低了施工復(fù)雜度，顯著提高了工作效率；2、本實用新型通過進一步在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中加入了中繼節(jié)點，實現(xiàn)了對傳感器節(jié)點及主節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而更有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸，并實現(xiàn)了更大范圍的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋；3、本實用新型通過進一步引入附加傳感器模塊，能夠?qū)?shù)據(jù)接收裝置的周圍環(huán)境，即錄井儀器房內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境進行實時檢測，從而保證了儀器房內(nèi)設(shè)備的安全可靠運行；4、本實用新型通過對該系統(tǒng)的各個模塊進行的低功耗設(shè)計，從而有效節(jié)約了電能和設(shè)備的運行成本，并且大大降低了更換系統(tǒng)內(nèi)電池的頻率，進而保證了系統(tǒng)在更長時期內(nèi)的穩(wěn)定可靠運行。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明。


圖1是錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)的傳感器節(jié)點的電路原理結(jié)構(gòu)框圖；圖3是錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)的主節(jié)點的電路原理結(jié)構(gòu)框圖。圖中:傳感單元I,傳感器節(jié)點處理單元2,傳感器節(jié)點無線通信單元3,接口單元4，主節(jié)點無線通信單元5。
具體實施方式
實施例一:如
圖1至圖3所示，一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置，其中數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和至少一個主節(jié)點，傳感器節(jié)點包括采集外部信號的傳感單元1、處理傳感單元I輸出信號的傳感器節(jié)點處理單元2、傳輸經(jīng)處理后信號的傳感器節(jié)點無線通信單元3和用于供電的傳感器節(jié)點電源單元，主節(jié)點包括接口單元4和主節(jié)點無線通信單元5，傳感器節(jié)點和主節(jié)點通過各自的無線通信單元、采用無線傳輸方式進行相互通信，并且主節(jié)點通過接口單元4與數(shù)據(jù)接收裝置電連接。作為一種優(yōu)選，傳感器節(jié)點與主節(jié)點構(gòu)成星形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，以在滿足現(xiàn)場使用需求的前提下，盡量簡化無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)的各部分功耗。通過上述結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了無需在施工現(xiàn)場再進行布線的無線傳感器采集系統(tǒng)，從而避免了因意外工程事故對傳輸線纜造成損傷而導(dǎo)致的采集系統(tǒng)故障，并且大大降低了施工復(fù)雜度，顯著提高了工作效率。[0024]上述傳感器節(jié)點中，傳感單元I包括了不同類型的各種傳感器和傳感器接口電路，傳感器節(jié)點處理單元2包括了信號處理電路和微控制器，傳感器節(jié)點無線通信單元3包括了無線射頻模塊和無線射頻模塊接口電路，其中無線射頻模塊負責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的運行和無線數(shù)據(jù)的收發(fā)，它通過無線射頻模塊接口、并進一步優(yōu)選為UART接口與微控制器連接；傳感器接口部分負責(zé)調(diào)整信號采集通道，使得在連接不同類型的各傳感器時，保證信號的正確傳輸；信號處理電路負責(zé)對輸出的傳感器信號進行進一步調(diào)理，使信號便于微控制器采集；微控制器負責(zé)對采集信號進行控制和處理，并響應(yīng)無線射頻模塊的數(shù)據(jù)請求命令 ’傳感器節(jié)點電源單元采用電池，負責(zé)為上述各模塊供電。作為一種優(yōu)選，傳感器節(jié)點處理單元2中采用MSP430系列微處理器，并且傳感單元I中的傳感器的供電電壓為3V以下，優(yōu)選為
2.8V，以便有效節(jié)約電能和設(shè)備的運行成本，降低更換系統(tǒng)內(nèi)電池的頻率，保證系統(tǒng)能在更長時期內(nèi)的穩(wěn)定可靠運行。上述主節(jié)點中，主節(jié)點無線通信單元5同樣包括了無線射頻模塊和無線射頻模塊接口電路，無線射頻模塊接口優(yōu)選為TTL電平的UART接口。主節(jié)點的接口單元4是將無線射頻模塊的UART輸出轉(zhuǎn)換為其它接口形式，作為優(yōu)選，可以根據(jù)實際需求選擇RS232、USB、422等形式，而接口轉(zhuǎn)換芯片則可以考慮SP3220EEA、FT232RQ和SP3490等芯片。作為一種優(yōu)選，上述傳感器節(jié)點及主節(jié)點的無線射頻模塊采用集成了低功耗無線射頻收發(fā)器和微處理器的ZigBee芯片，并采用ZigBee無線通信協(xié)議，作為進一步的優(yōu)選，無線射頻模塊的主芯片可以采用FREESCALE的MC13213芯片，或者選擇TI的CC2430芯片。上述錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其中傳感單元I中的傳感器包括絞車傳感器、泵沖傳感器、壓力傳感器、出口流量傳感器和扭矩傳感器中的一種或幾種，且該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點為可拆卸電連接。傳感單元I中的傳感器還包括泥漿溫度傳感器、泥衆(zhòng)密度傳感器、泥衆(zhòng)電導(dǎo)率傳感器、超聲波液位傳感器和硫化氫傳感器中的一種或幾種，而該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)。下面詳述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)組建及數(shù)據(jù)收發(fā)過程。網(wǎng)絡(luò)的組建由主節(jié)點發(fā)起，主節(jié)點啟動后，首先掃描所有可用信道(優(yōu)選2.4GHz頻段共16條可用信道)，應(yīng)用被動掃描(檢測信道能量強度)及主動掃描(檢測是否有其它主節(jié)點在同信道工作)，盡量尋找一條能量水平最小，且未被占用的信道，以減小干擾，然后在此信道上用出廠時已經(jīng)分配好的短地址及PID建立網(wǎng)絡(luò)，主節(jié)點建立網(wǎng)絡(luò)后，將被動等待傳感器節(jié)點加入。主節(jié)點內(nèi)部保存有可允許加入的傳感器節(jié)點長地址列表，當有節(jié)點請求加入網(wǎng)絡(luò)時，主節(jié)點將查找地址列表，確定傳感器節(jié)點地址是否在地址列表中，如果在則允許加入并分配給傳感器節(jié)點短地址，如果不在則拒絕加入。傳感器節(jié)點啟動后將搜索所有可用信道來查找可加入網(wǎng)絡(luò)，方式為在信道內(nèi)以廣播的方式發(fā)送信標請求命令，然后打開接收機一段時間等待接收信標，同信道內(nèi)所有收到此命令的主節(jié)點都會以廣播的方式發(fā)送信標(信標內(nèi)包含主節(jié)點短地址、PID等網(wǎng)絡(luò)信息)，傳感器節(jié)點收到信標后，將信標信息保存在列表中，當所有可用信道均掃描完成后，傳感器節(jié)點將從所有主節(jié)點信標中信號質(zhì)量最強的一個開始嘗試加入，用節(jié)點長地址發(fā)送關(guān)聯(lián)請求命令，如果傳感器節(jié)點成功加入一個網(wǎng)絡(luò)，它將收到主節(jié)點分配給它的短地址，以后的所有通信都用短地址來完成，直到退出網(wǎng)絡(luò)，如果所有加入網(wǎng)絡(luò)的嘗試都失敗或沒有可用的主節(jié)點(沒收到任何信標命令)，則傳感器節(jié)點將休眠一段時間，然后重新進行以上過程。主節(jié)點啟動后將一直運行，除非人為重新啟動，傳感器節(jié)點則是在連續(xù)發(fā)送N次數(shù)據(jù)失敗后認為主節(jié)點重啟或其它原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)不正常，則傳感器節(jié)點重啟。主節(jié)點側(cè)除發(fā)送數(shù)據(jù)時，接收機一直開啟，隨時可以接收數(shù)據(jù)，每接收到一條數(shù)據(jù)，立即把數(shù)據(jù)由串口發(fā)送到計算機，至計算機側(cè)數(shù)據(jù)不能在主節(jié)點側(cè)緩存，向計算機側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)不經(jīng)過應(yīng)答，不支持重發(fā)，如果計算機側(cè)忙或接收錯誤，則數(shù)據(jù)丟失。向傳感器節(jié)點側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)時，計算機將正確格式的命令經(jīng)串口發(fā)送至主節(jié)點，因此時傳感器節(jié)點直接關(guān)聯(lián)在主節(jié)點下，則數(shù)據(jù)采用間接發(fā)送方式排入發(fā)送隊列，在收到目標傳感器節(jié)點請求數(shù)據(jù)命令后將數(shù)據(jù)發(fā)出。數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，反饋發(fā)送成功信息至計算機。傳感器節(jié)點按規(guī)定時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，按規(guī)定時間間隔向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令，發(fā)送數(shù)據(jù)時按照CSMA-CA方式，如果信道忙則延遲發(fā)送，如果延遲N次后仍信道忙則丟棄數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)發(fā)送后未收到應(yīng)答信號，則嘗試進行重發(fā)，重發(fā)I次后仍失敗，則丟棄數(shù)據(jù)。實施例二:作為進一步的改進，在上述實施例一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)中，其中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括至少一個中繼節(jié)點，中繼節(jié)點包括中繼節(jié)點無線通信單元和中繼節(jié)點電源單元，上述單元均可采用與傳感器節(jié)點中的相應(yīng)單元相同的結(jié)構(gòu)。中繼節(jié)點通過無線傳輸方式分別與傳感器節(jié)點和主節(jié)點進行通信，作為一種優(yōu)選，中繼節(jié)點與傳感器節(jié)點及主節(jié)點一起形成了樹形拓撲結(jié)構(gòu)。通過進一步在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中加入了中繼節(jié)點，實現(xiàn)了對傳感器節(jié)點及主節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而更有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸，并實現(xiàn)了更大范圍的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋。該實施例下的網(wǎng)絡(luò)組建及數(shù)據(jù)收發(fā)過程同實施例一，唯一的區(qū)別在于:在引進中繼節(jié)點的基礎(chǔ)上，當向傳感器節(jié)點側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果目標傳感器節(jié)點關(guān)聯(lián)在中繼節(jié)點下，則數(shù)據(jù)直接發(fā)送到中繼節(jié)點，在中繼節(jié)點中排入間接發(fā)送隊列，等待目標節(jié)點請求數(shù)據(jù)；并且在傳感器節(jié)點按規(guī)定時間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)時，也會相應(yīng)地向中繼節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令。實施例三:作為進一步的改進，在上述實施例一或者實施例二的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)還包括了用于采集數(shù)據(jù)接收裝置周圍環(huán)境信號的附加傳感器模塊，附加傳感器模塊與數(shù)據(jù)接收裝置連接，并且附加傳感器模塊中的若干傳感器設(shè)于數(shù)據(jù)接收裝置周圍。主節(jié)點及數(shù)據(jù)接收裝置(通常為計算機)一般設(shè)于錄井儀器房內(nèi)，通過加設(shè)附加傳感器模塊，便可對錄井儀器房內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境進行實時檢測，從而保證了儀器房內(nèi)設(shè)備的安全可靠運行。對于附加傳感器模塊中的傳感器，則可選擇采用現(xiàn)有技術(shù)的多種傳感器，如溫度傳感器，濕度傳感器，煙霧傳感器，可燃氣體傳感器，有毒氣體傳感器等。上面結(jié)合附圖對本實用新型優(yōu)選的具體實施方式
和實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式和實施例，在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求1.一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置，所述數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，其特征在于:所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和至少一個主節(jié)點，其中所述傳感器節(jié)點包括采集外部信號的傳感單元、處理傳感單元輸出信號的傳感器節(jié)點處理單元、傳輸經(jīng)處理后信號的傳感器節(jié)點無線通信單元和用于供電的傳感器節(jié)點電源單元，主節(jié)點包括接口單元和主節(jié)點無線通信單元，所述傳感器節(jié)點和主節(jié)點通過各自的無線通信單元、采用無線傳輸方式進行相互通信，并且所述主節(jié)點通過接口單元與所述數(shù)據(jù)接收裝置電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括至少一個中繼節(jié)點，所述中繼節(jié)點包括中繼節(jié)點無線通信單元和中繼節(jié)點電源單元，中繼節(jié)點通過無線傳輸方式分別與所述傳感器節(jié)點和主節(jié)點進行通信。
3.如權(quán)利要求1或2所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:該采集系統(tǒng)還包括用于采集所述數(shù)據(jù)接收裝置周圍環(huán)境信號的附加傳感器模塊，所述附加傳感器模塊與數(shù)據(jù)接收裝置連接，并且附加傳感器模塊中的若干傳感器設(shè)于數(shù)據(jù)接收裝置周圍。
4.如權(quán)利要求1或2所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感單元中的傳感器的供電電壓為3V以下。
5.如權(quán)利要求3所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感單元中的傳感器包括絞車傳感器、泵沖傳感器、壓力傳感器、出口流量傳感器和扭矩傳感器中的一種或幾種，且該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點為可拆卸電連接。
6.如權(quán)利要求3所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感單元中的傳感器包括泥漿溫度傳感器、泥漿密度傳感器、泥漿電導(dǎo)率傳感器、超聲波液位傳感器和硫化氫傳感器中的一種或幾種，該一種或幾種傳感器均與其所屬的傳感器節(jié)點構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求2所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點、中繼節(jié)點及主節(jié)點的無線通信單元采用集成了低功耗無線射頻收發(fā)器和微處理器的ZigBee芯片，并采用ZigBee無線通信協(xié)議。
8.如權(quán)利要求1所述的錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器節(jié)點處理單元采用MSP430系列微處理器。
專利摘要本實用新型涉及一種錄井用無線傳感器采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置和數(shù)據(jù)接收裝置，其中數(shù)據(jù)采集發(fā)送裝置由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括多個傳感器節(jié)點和一個主節(jié)點，傳感器節(jié)點包括傳感單元、處理單元、無線通信單元和電源單元，主節(jié)點包括接口單元和無線通信單元，傳感器節(jié)點和主節(jié)點通過無線傳輸方式進行通信，并且主節(jié)點與數(shù)據(jù)接收裝置連接。通過采用上述結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了無需在施工現(xiàn)場再進行布線的無線傳感器采集系統(tǒng)，避免了因傳輸線纜受損而導(dǎo)致的采集系統(tǒng)故障，且大大降低了施工復(fù)雜度，顯著提高了工作效率。
文檔編號E21B47/12GK202991018SQ201220674990
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者沈鐵, 張自陽, 劉芙蓉, 趙昱, 馬繼兵, 張治平, 謝紅武, 易蓉, 苗彩虹, 宋海友, 邢書東 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所