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1、xx大学学士学位论文磕头机运行参数检测的无线传感器网络研究摘要磕头机是石油开采的主要设备，由于磕头机特殊工况的要求，研制能对磕头机运行参数进行记录的装置对提高磕头机的工作效率有非常重要的意义。另一方面，油田工作环境恶劣，怎样把磕头机运行的相关数据传送到中心控制室一直是个难题。无线传感器网络(WSN)技术是一种新型的网络通信技术。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术和软件编程技术等，能够实时感知、采集、传输和处理网络监控区域内各种环境或监测对象的信息，具有成本低、功耗小、机动性好、易实现的特点。在工业、环境、太空、智能家居、军事等众多领域具有巨大的应用
2、价值。系统由基于ZigBee协议的磕头机无线监测网络和基于GPRS网络的远程数据中心两部分组成。无线监测网络主要由现场采集节点、路由节点和网关节点组成。现场采集节点根据需要灵活放置在磕头机上，实时获取磕头机的电流、电压等参数。路由节点将单个油井的监测数据进行整理，并通过ZigBee无线网络将数据以帧的形式传送至网关节点。网关节点作为协调器与各路由节点进行动态组网构建Mesh网络，在传输过程中监测的数据可能被多个路由节点处理,经过多跳后汇集到网关节点,再由网关节点传送至GPRS网络，最终将数据传送到远程的控制中心。远程数据中心通过GPRS模块获取数据，通过RS-232接口上传至监控中心PC机。主
3、控室对数据进行分析和处理后再将反馈信息传送回现场,从而实现了监控的信息化、自动化与实时性。关键词 磕头机；参数监测；无线传感器网络；ZigBee Research on monitoring system of pumping unit based on wireless sensor networks AbstractThe pumping unit is the primary oil production facilities, for the special request of the pumping unit in working conditions, it has a very
4、 important significance to develop a system that can record the parameters monitoring of the pumping unit. On the other hand, the working environment of oil field is hard, so how to give the relevant running data of the pumping unit to central control room is a problem all along. WSN (Wireless senso
5、r networks) are a new kind of network technology for communication. It integrates many technologies，for example，sensor technology embedded computer technology, communication technology, distributed information processing technology，micro-electronic manufacture technology and software programming tec
6、hnology. It can monitor，transfer and process the real-time information of the object and environment in the area covered by the network .Wireless sensor network has the characteristics of low cost，low power and high mobility，and it is easy to implement. So it can be applied in many area such as indu
7、stry，environment，aerospace，intelligent house，military and so on.The system is composed of two parts: One is the wireless sensor monitoring network that based on ZigBee agreement .The other is the remote data center network that based on GPRS. Wireless sensor monitoring network is composed of the acq
8、uisition nodes, routing nodes and gateway nodes. Site acquisition nodes need to be flexible placed in the pumping unit according to the request. It get the real-time data about voltage, current and other parameters. Routing nodes collated the monitoring data of every single oil well and sent the dat
9、a in the form of frames to the gateway node ZigBee through the wireless sensor network. As a coordinator，gateway node build mesh network with the dynamic routing network node. The monitoring data may be dealt with by many routing nodes and then sent from gateway node to GPRS network after pool to th
10、e gateway node in the form of multi-hop, finally the data will be sent to the remote control center. Remote control center access the data through GPRS network and then give the data to PC through the RS-232 . Master control room sent the feedback information to the scene after analyzing and process
11、ing, so the system achieve the goal of information, automation and real-time. Keywords Pumping Unit; Parameter Monitoring; Wireless Sensor Network; ZigBee不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 论文研究内容4第2章 无线传感器网络理论62.1 无线传感器网络的组成及其架构62.1.1 无线传
12、感器网络的架构62.1.2 无线传感器网络的采集节点架构72.1.3 无线传感器网络网关节点构架72.2 Zigbee协议分析82.2.1 无线传感器网络的数据传输机制102.2.2 无线传感器网络路由协议的研究112.3 IEEE802.15.4标准122.4 本章小结12第3章 无线传感器网络组网的硬件设计133.1 无线传感器网络采集节点的硬件设计133.1.1 数据采集模块133.1.2 数据处理模块的设计153.1.3 控制器电路设计163.2 无线传感器网络网关节点的硬件设计173.2.1 控制器173.2.2 实时时钟电路173.2.3 存储电路183.2.4 系统显示模块193
13、.2.5 键盘接口单元203.2.6 GPRS传输模块芯片213.2.7 串行通讯接口213.2.8 系统的监控系统223.3 本章小结22第4章 无线传感器网络软件设计234.1 采集节点软件设计234.1.1 设计思想234.1.2 传感器网络协议244.2 网关节点软件设计254.2.1 系统初始化264.2.2 任务设计264.2.3 定时器设置294.2.4 临界资源保护304.3 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录A35附录B40千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一
14、空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景磕头机是石油开采中的重要设备之一，它工作的是否正常决定着整个油井是否可以安全的开采出石油。这就需要准确而又及时的对设备运行的各项数据进行采集，然后结合有关的资料来对数据进行分析，从而判断设备是否正常运行。如果得到的检测数据不能及时的传递给主控PC机，势必将影响设备监控与数据采集的实时性，甚至是准确性1。无线传感器网络(WSN)技术是一种新型的网络通信技术。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术和软件编程技术等，能够实时感知、采集、传输和处理网络监控区域内各种环境或监测对象的信息，具有成本低、功耗小、机动性好、
15、易实现的特点，在工业、环境、太空、智能家居、军事等众多领域具有巨大的应用价值。对磕头机运行参数的检测，呈现出数据量少、电源供应不方便、需要监控的设施呈簇型分布，是一种有典型意义的监控网络。它的这种特点非常适于ZigBee技术，ZigBee是近年来出现的面向低成本设备无线联网要求的技术，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。它主要应用于近距离的无线连接，将ZigBee应用于该网络中的同时又可以进一步了解使用ZigBee时需要注意的问题。因此，将ZigBee技术应用于该检测系中，并采用合适的设计方案，对保证石油正常的开采具有极其重要的意义。本文讨论的系统基于下述观点，即目前的以计算机、ZigBee模块、GPRS模块为基础的磕头机运行参数检测系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理的自动化、信息化。为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的检测和操作系统。通过建立磕头机生产无线实时检测系统，实现磕头机数据的实时传送和信息网络的无缝链接，逐步形成油田生产管理与监控一体化的信息网络。磕头机大量分布在野外或海上维护管理费时费力。有了对其运行参数进行远程监控的系统之后，对于及时准确地掌握生产状况，防止设备损坏，强化内部管理，降低成本，提高效益都有
