专利名称：基于ZigBee的无线示功仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油田抽油机井功图的测量装置，具体涉及一种用于油田自动化系统的基于ZigBee的无线示功仪。
背景技术：
在机械采油的油田，油井示功图为采油工程人员分析井下泵和抽油机的工作状态提供了一个重要手段，示功图的测取对于提高抽油效率、降低采油成本和提高井的产量具有重要意义，是分析、诊断抽油井是否正常的一项关键指标。抽油井的生产状况非常复杂，抽油泵在井下工作的影响因素很多，直接测取井下抽油泵的功图十分困难。想要了解泵在井下的工作状况，只有借助于示功仪在地面测量光杆功图来进行分析、诊断。目前油田常用的示功仪一般由负荷、位移传感器组成的一次仪表和由数据采集装置组成的二次仪表构成。一次仪表中位移传感器采用拉线的方式，不便于实时检测和无线传输，测量精度也得不 到保证，容易出现故障，而且一次仪表与二次仪表之间采用电缆传输数据，电源采用充电电源的方式，整个仪器不但体积大、零件多、安装繁琐，而且资料储存的容量也有限。生产功图所需的数据需要接入多种传感器，数据经过处理之后才能对油井产量进行计量，这就致使现场布线错综繁琐，且产量计量过程耗时长，效率低下。而且部分示功仪产品采用GPRS网络、CDMA网络，建设成本很高，对于普通油田不适用。
发明内容
本发明的目的是针对现有示功仪存在的上述不足，提供一种基于ZigBee方式、能实时估算单井产量、进行故障诊断的无线网络示功仪。为达成上述目的，本发明提出一种基于ZigBee的无线示功仪，包括电源模块、传感器模块和ZigBee板，电源模块用于对ZigBee板传感器模块和ZigBee板提供工作电压，传感器模块连接上述ZigBee板,并输出至少一传感器信号至ZigBee板，ZigBee板对上述传感器信号进行处理并将处理后的数据发送至控制室。本发明中，所述的传感器模块包括载荷传感器和加速度传感器。本发明中，所述的ZigBee板包括信号处理电路、接口电路、时钟模块、存储器模块、电源控制电路、看门狗电路和ZigBee主控芯片，所述信号处理电路、接口电路、时钟模块、存储器模块、电源控制电路、看门狗电路均连接ZigBee主控芯片，所述信号处理电路连接传感器模块并对上述的传感器采集的信号进行模数转换的预处理，ZigBee主控芯片的输入连接信号处理电路的输出，通过指定的算法将上述转换好的数字信号进行筛选和计算得到有效的数据，从而输出至接口电路，存储器模块用于储存所述计算后的有效数据，时钟模块则用来记录每次数据处理的时刻，以便用户查阅不同时刻的数据；看门狗电路用于防止程序跑飞，当程序异常跑飞时，看门狗电路会对Zigbee芯片复位以重启程序；电源控制电路用于对上述电源模块提供的电压转换成信号处理电路、接口电路、时钟模块、存储器模块、看门狗电路均连接ZigBee主控芯片的工作电压。
本发明中，所述接口电路包括ZigBee发射模块、com 口、485接口。本发明中，所述电源模块包括太阳能电池板和与之连接的可充电电池，可充电电池连接传感器模块和ZigBee板。本发明具有以下有益效果
I、实现远程实时监测抽油机井工作状态，全自动，无需人工干预。2、实现高精度的载荷数据和位移数据的快速测量，更容易分析细小问题。3、能估算单井产量、进行工况诊断。4、本产品体积小、功耗低，太阳能供电，不需要频繁更换电池。
5、ZigBee网络在本产品中的应用使数据传输安全可靠，网络服务质优价廉。
图I为本发明电路原理框图。图2为本发明的外观结构示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。同时参考图I和图2。首先从外观上看，本发明U型太阳能无线示功仪由盒体I、盒体前侧固定太阳能电池板2、盒体IU型卡口下方固定载荷传感器3、盒体I 一侧固定的发射天线与盒体I内的电路连接构成。现主要介绍无线示功仪的内部原理，基于ZigBee的无线示功仪包括电源模块、传感器模块和ZigBee板，电源模块用于对ZigBee板传感器模块和ZigBee板提供工作电压，传感器模块连接上述ZigBee板,并输出至少一传感器信号至ZigBee板,ZigBee板对上述传感器信号进行处理并将处理后的数据发送至控制室。本实施例中，所述的ZigBee板包括信号处理电路5、ZigBee发射模块7、com 口 8、485接口 9、时钟模块11、存储器模块12、电源控制电路10、看门狗电路15和ZigBee主控芯片6，所述信号处理电路5、ZigBee发射模块7、com 口 8、485接口 9、时钟模块11、存储器模块12、电源控制电路10、看门狗电路15均连接ZigBee主控芯片6。电源控制电路10串联在各负载的电源回路中，根据需要切断或开启电源，以降低能耗，太阳能电池板2为盒体I内的可充电电池13和各负载提供电源。本实施例中，所述的传感器模块包括载荷传感器3和加速度传感器4。载荷传感器3呈空心U型，其传感信号接入处理电路5的输入端，加速度传感器4由ADXL213AE芯片及其辅助电路构成，加速度传感器4的感应信号接入信号处理电路5的输入端，发射模块7的输出端接发射天线14。本发明的工作原理为将本发明安装在梁式抽油机光杆上，同时在后台(电脑或手抄器)安装其对应的接收和分析软件系统。信号处理单元5定时采集载荷传感器3和加速度传感器4的数据，经过运算处理读出所需数据(载荷、位移、冲程、冲次等)，整理后按照预定的数据格式存储到外部存储器模块12中，ZigBee主控芯片6再定时经发射模块7发往控制室或手抄器，接收到的数据经过解析，得到示功图、泵效、产液量等相关数据。本发明将传感器和二次仪表整合为一体，减小一起的体积和配件数量，提高了安全性和移动性；设置无线发射，实现油井功图数据与外设的PDA和手抄器的数据无线收发，改变了现有示功仪电缆通信方式，通过加速度传感器来感应加速度的变化来确定光杆的位移，解决了常规位移传感器寿命短、误差大的问题；通过外置存储器，解决了油田现有示功仪存储数据量少的问题，极大的方便了数据的获取；将太阳能电池与充电电池有机结合，解决了一起供电问题，实现了常年无需充电。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种基于ZigBee的无线不功仪,其特征在于,包括电源模块、传感器模块和ZigBee板，电源模块用于对ZigBee板传感器模块和ZigBee板提供工作电压，传感器模块连接上述ZigBee板，并输出至少ー传感器信号至ZigBee板，ZigBee板对上述传感器信号进行处理并将处理后的数据发送至控制室。
2.根据权利要求I所述的基于ZigBee的无线示功仪，其特征在于，其中所述的传感器模块包括载荷传感器和加速度传感器。
3.根据权利要求I所述的基于ZigBee的无线示功仪，其特征在于，其中所述的ZigBee板包括信号处理电路、接ロ电路、时钟模块、存储器模块、电源控制电路、看门狗电路和ZigBee主控芯片，所述信号处理电路、接ロ电路、时钟模块、存储器模块、电源控制电路、看门狗电路均连接ZigBee主控芯片，所述信号处理电路连接传感器模块并对上述的传感器采集的信号进行模数转换的预处理，ZigBee主控芯片的输入连接信号处理电路的输出，通过指定的算法将上述转换好的数字信号进行筛选和计算得到有效的数据，从而输出至接ロ电路，存储器模块用于储存所述计算后的有效数据，时钟模块则用来记录每次数据处理的时刻，以便用户查阅不同时刻的数据；看门狗电路用于防止程序跑飞，当程序异常跑飞时，看门狗电路会对Zigbee芯片复位以重启程序；电源控制电路用于对上述电源模块提供的电压转换成信号处理电路、接ロ电路、时钟模块、存储器模块、看门狗电路均连接ZigBee主控芯片的工作电压。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的无线示功仪，其特征在于，其中所述接ロ电路包括ZigBee发射模块、com ロ、485接ロ。
5.根据权利要求I所述的基于ZigBee的无线示功仪，其特征在于，其中所述电源模块包括太阳能电池板和与之连接的可充电电池，可充电电池连接传感器模块和ZigBee板。
6.根据权利要求2所述的基于ZigBee的无线示功仪，其特征在于，加速度传感器由ADXL213AE芯片及其辅助电路构成，加速度传感器的感应信号接入信号处理电路的输入端，发射模块的输出端接发射天线。
全文摘要
本发明是有关于一种基于ZigBee的无线示功仪，包括传感器模块、电源模块和ZigBee板，其主要特点是提供ZigBee无线网络传输方式，可以远程实时监测抽油机井工况，估算单井产量。设计了太阳能板对可充电电池供电，无需频繁更换电池。本发明可以存储大量的示功图，可通过无线方式读取历史数据或实时测量，获得对抽油机井的高精度、高稳定性的测量结果。
文档编号E21B47/009GK102758614SQ201210266678
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者李翰涛, 李训铭, 荆志军, 黄春海 申请人:南京南大数字科技有限责任公司