油井设备无线传感器温度控制系统

吴文涛 贵州电子信息职业技术学院

油井设备无线传感器温度控制系统

吴文涛 贵州电子信息职业技术学院

油井设备无线传感器温度控制器采用Linux操作系统，软件部分主要包括数据处理模块和管理模块。多传感器检测是基于无线传感器网络的应用系统的一个重要的方向。温度数据融合是依据历史统计信息，对传感器采集信息进行阈值锁定；通过对信息进行优化分类来导出有效信息并删除冗余信息。分布式温度数据处理客户端利用接口对Tiny DB进行查询、验证、温度数据反馈、网络连接、建立交互平台等。

油田设备；温度；多传感器；控制系统；监测

1 控制系统组成

油井设备无线传感器温度控制器采用Linux操作系统，软件部分主要包括数据处理模块和管理模块。适配层向上可支持Linux的TCP/IP网络协议栈，提高了无线传感器温度控制器与MAC的互操作性，无线传感器温度控制器协议增加了未来应用和服务的范围，利于以后功能扩展。适配层收到自身的数据后，判断是否为无线传感器温度控制器报文，分别交给无线传感器温度控制器接收函数和802.15.4接收函数。其中温度控制器报文是用于与外网通信，802.15.4帧用于PAN内部节点通信。温度控制器报文进入PAN后经头部压缩，分片成802.15.4帧在PAN内传输。数据模块主要负责在用户应用程序、套接字接口、UDP、温度控制器、适配子层、介质接入控制层以及物理层之间维护数据的收发通道。

油田电力线载波通信系统主要有网内数据收发和网间数据收发两种数据收发方式。

2 多传感器检测

多传感器检测是基于无线传感器网络应用系统的一个重要的研究方向，它不仅从传感器角度进行研究，还涉及计算机技术、无线通信技术、集成电路技术、半导体技术等多个领域，是新一代高新智能技术的核心基础之一。卫星导航、目标锁定、雷达感知、车载智能终端导航、遥感、地理信息系统、智能机器人、智能医疗应用和环境防护等许多应用领域都和多传感器检测技术紧密相关[1-2]。多传感器监测技术解决了单个传感器采集温度数据单一、不能全面描述监测对象等问题。多个传感器检测不仅可以描述同一观测实体的多方面信息，而且可根据某一特征进行信息对比。智能化电子狗的设计就是模拟动物五官来进行此类传感器的集成，将视频传感器、加速度传感器、红外传感器、超声波传感器等一系列传感器集成，采集全面的环境信息，实现电子狗的智能化[3]。

3 温度数据融合技术

3.1 融合方法

温度数据融合技术是通过感知监测实体而得到的没有规律的温度数据信息，通过温度数据融合算法使其变得满足使用者的要求，达到辅助使用者进行判定形式、调整布局、构架方案等目的。信息融合的基本原理是利用传感器感知被监测实体，获取信息资源。通过对各种信息资源（这里主要是传感器节点感知信息和总结的历史温度数据统计信息）的综合分析和结合使用，实现不同传感器在空间和时间上的互补，采集的冗余信息通过温度数据过滤准则进行精简，实现对监测实体的一致性描述。其目标是依据历史统计信息，对传感器采集信息进行阈值锁定；通过对信息进行优化分类来导出有效信息并删除冗余信息。温度数据融合技术为先进的油井设备温度系统提供了重要的温度数据处理技术[4]。

3.2 数据融合的分类

通过信息融合将多个传感器检测的信息与大量的历史观测温度数据进行科学、合理的综合处理，不仅可以降低节点传输信息的功耗并提升无线传感器网络工作周期，还可以提高实时监测性能和报警智能化程度。按温度数据融合的应用层次不同可将其分为像素级融合、特征级融合和决策级融合三种形式。温度数据融合在多信息源、多平台和多用户系统内起着重要的处理和协调作用，保证了温度数据处理系统各单元与汇集中心间的连通性与及时通信，而且使原来由油井设备监测人员完成的许多功能由温度数据处理系统快速、准确、有效地自动完成。温度数据融合技术对油井设备温度系统的影响极为深远，大量新的检测技术的发展迫切需要温度数据融合技术的应用和支持。

3.3 处理算法仿真软件

Avrora是一种可用于多个平台的程序仿真模拟器，它可用于任何AVR的仿真，可以模拟所有基于AVR指令集的传感器网络程序，可以跨平台运行，体现JAVA编程的特性，Avrora的特性可以用下公式形象地表示：

Avrora=时钟周期级别的模拟+多线程+

事件队列+有效的同步机制

Avrora可以模拟异构网络，通过无线传感器网络的休眠机制优化仿真器的性能，利用创建事件队列的形式实现对大规模网络的仿真，还可以实现应用程序在节点上的仿真、在PC上的仿真和应用程序在虚拟平台上的仿真。

4 分布式温度数据处理

分布式温度数据处理所用的Tiny DB管理系统主要由Tiny DB服务器、监控主机的客户端页面、网关节点3个部分组成。客户端页面位于监控台，主要使用JAVA语言开发，Tiny DB提供客户端接口，客户端利用接口对Tiny DB进行查询、验证、温度数据反馈、网络连接、建立交互平台等。

Tiny DB的应用设计包括客户端功能模块的设计、交互进程设计、传感器节点端的软件设计等部分。客户端功能模块包括使用Tiny SQL进行的一系列温度数据库操作。交互进程设计主要是将用户所关心的温度数据进行提取和分析，按照Tiny DB的编程模式进行应用程序的开发。传感器节点端的软件设计主要包括模式管理器，节点列表、查询处理器、网络拓扑管理和温度数据存储管理等。

[1]陈英芝．关于DS18B20在温度检测系统中的应用[J]．电子世界，2013（19）：95.

[2]杨穗，杨恢先，王子菡，等．温度远程无线自动控制系统的设计[J]．电子器件，2005（4）：801-805.

[3]吴世富．基于无线通信的油气田井口数据检测系统[J]．油气田地面工程，2013，32（2）70-71.

[4]尤文，张昕，韩波，等．超低功耗无线数字温度传感器的研制[J]．中国测试技术，2006（5）：139-141.

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.049