基于VxWorks的數(shù)據采集遠程終端的設計和實現(xiàn)

目前，采油廠多以抽油機采油生產為主要任務，抽油機的分布點多面廣，工作在條件惡劣的環(huán)境中，容易損壞和遭外力破壞，需要經常巡測，人員工作強度大。目前油井工作狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控由于缺乏遠程手段，對油井的生產狀況均處于事后處理狀態(tài)，油井出現(xiàn)異?；虮槐I破壞時不能及時處理，造成大量不明損失?；贑D-MA通迅信道的遠程終端（Remote Terminal Unit，RTU）充分利用現(xiàn)有的計算機網絡，通過對現(xiàn)場的監(jiān)測和數(shù)據采集、傳輸，可以滿足油井遠程監(jiān)控的需求。該遠程終端可以對油井運行時的負荷、位移、油管回壓、溫度、沖次、工作電流、電壓等參數(shù)進行實時全自動在線抄收；當現(xiàn)場有異常情況發(fā)生時，監(jiān)控中心能自動發(fā)出相關報警信息，調度室可根據報警信息派相關人員去做現(xiàn)場處理。相關數(shù)據的采集，由傳統(tǒng)的人力操作模式轉變?yōu)橛嬎銠C自動操作模式，無需人工干預，從而節(jié)省人力、提高了工作效率。
　　1 監(jiān)控系統(tǒng)架構與遠程終端的功能
　　監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1）主要由監(jiān)控中心和遠程終端構成。遠程終端負責對抽油機現(xiàn)場數(shù)據的采集與收發(fā)。監(jiān)控中心對來自各個遠程終端的數(shù)據進行集中監(jiān)控。遠程終端通過CDMA信道接入Internet，從而與監(jiān)控中心服務器建立連接。監(jiān)控中心是該系統(tǒng)的指揮中心，它可以向現(xiàn)場的遠程終端發(fā)送多種命令和信息、可以對接收的數(shù)據做進一步處理，可以將必要的信息通過網絡發(fā)給各部門。
　　
　　遠程終端監(jiān)測抽油機三相電壓值、三相電流值、以及抽油機負荷、井口油管回壓、井口油管溫度等。
　　2 遠程終端的整體結構設計
　　如圖2為RTU系統(tǒng)架構框圖。根據應用需求，系統(tǒng)被設計為單片機加嵌入式處理器的構架。MSP430F149單片機是德州儀器（TI）推出的超低功耗16位RISC混合信號處理器（Mixed Signal Proces—sor）。該處理器具有豐富的硬件資源，較高的處理速度以及低功耗的特點，自帶8路12 b ADC和雙UART，使其非常適合作為該終端的數(shù)據采集處理器。$3C44．BOX為三星公司推出的一款以ARM7為核心的32位嵌入式處理器。它具有豐富的資源以及低功耗低成本的特點能夠滿足該終端的應用需要。
　　MSP430單片機在該系統(tǒng)中主要完成實時數(shù)據的采集。待采集的數(shù)據有：由電量傳感器搜集的抽油機三相電壓電流數(shù)據，采油機臂負荷，溫度傳感器模擬信號，壓力、紅外傳感器信號。單片機將采集的數(shù)據按照要求的數(shù)據格式通過UART發(fā)送到S3C44BOX。
　　在該系統(tǒng)中S3C44BOX作一定的數(shù)據處理并且通過控制CDMA模塊完成無線網絡連接和數(shù)據收發(fā)。在開機后S3c44BOX控制CDMA模塊首先與監(jiān)控中心建立數(shù)據鏈路，監(jiān)控中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運行信息，可隨時接收單片機采集的數(shù)據信息。當S3C44BOX接收到單片機的信息后，通過CDMA網絡將數(shù)據發(fā)送給監(jiān)控中心，或將監(jiān)控中心發(fā)來的信息傳給單片機。在S3C44BOX上所實現(xiàn)的任務較多并且涉及到PPP（Point to Point，點對點協(xié)議）協(xié)議棧，為了滿足系統(tǒng)的實時性，本終端采用vlxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)。S3C44BOX所要完成的任務有：
　?。?）接收來自MSP430的數(shù)據幀；向MSP430發(fā)控制指令。
　?。?）處理MSP430發(fā)送的數(shù)據并利用負荷傳感器數(shù)據計算出采油臂的轉動周期，提取抽油機示功圖。
　?。?）連接CDMA網絡，S3C44BOX通過向CDMA模塊發(fā)送AT命令控制其進行PPP撥號建立Internet連接。
　?。?）建立了PPP連接后，遠程終端和監(jiān)控中心作數(shù)據交換。
　?。?）監(jiān)測系統(tǒng)的供電情況。若遠程終端產生掉電事件，在系統(tǒng)完全關閉前（由大電容維持使系統(tǒng)不會立即關閉），系統(tǒng)向主站發(fā)出停電報警。
　?。?）對系統(tǒng)看門狗的處理。包括軟件看門狗和硬件看門狗，保證系統(tǒng)的可靠性。
　?。?）對網絡的支持。有了對局域網的支持，調試時下載VxWorks應用程序鏡像到FLASH存儲器就變得方便和快速，方便了系統(tǒng)軟件的升級。
　　遠程終端選用AnyDATA公司的DTGS-800作為無線通信模塊。該模塊的主要特性有：采用Qualcomm公司的6050芯片；頻段為800 MHz，支持CDMA2000 1XRTT標準；內建TCP/IP協(xié)議棧等。DTGS-800通過U_ART與S3C44BOX相連，S3C44BOX通過發(fā)送AT命令來實現(xiàn)對CDMA模塊的控制。