一种储油罐区实时监测系统设计

赵雨　周天勇　陈晨

摘 要：我国石油资源丰富，采油炼油企业众多，储油罐是储存油品的重要设备。但国内许多反应罐、大型储油罐、加油站的环境监测仍采用人工检尺和分析化验的方法，其他参数的测定也没有实行实时动态测量，这样易引发安全事故，无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。本系统针对上述问题，研发出符合我国国情的储油罐区环境实时监测系统，不仅可以保障石油库区的安全生产，而且将加快石油行业的现代化管理进程。

关键字：环境监测；储油罐区；数据采集；石油

随着科技的发展，特别是计算机技术的广泛应用和迅猛发展，由传统的人工测量开始逐步向计算机智能监测方向发展。相比较而言，国外的油罐区环境安全实时监测系统性能好，但其价格过高，远远超出了我国广大用户的承受能力。而国内研制的系统大多计算精度低、稳定性和可靠性差。因此，研发出符合我国国情的油罐区环境安全实时监测系统，不仅可以保障石油库区的安全生产，而且将加快石油行业的现代化管理进程。

1 系统总体框架

在设计储油罐管理系统时，首先确定系统设计目标和功能要求，从技术和经济角度上进行可行性分析，然后进行方案选择和总体设计，考虑下位机硬件电路的结构是否合理，性价比等问题，探讨上位机的功能框架，采用的数据结构等细节，再进行详细设计和调试，最终完成设计任务。

2 系统硬件电路

系统由温、湿度光照传感器，信号调理电路，A/D模数转换器，单片机组成，模拟传感器将检测出的信号转为电压，然后将模拟信号通过信号调理电路，通过ADC0809将模拟信号转为数字信号（八位二进制），在单片机的控制下读通道进行选择，完成信号的读取，DS18B20可直接与单片机相连接，不需要经过A＼D转换，得到的数字量温度被单片机进行采集。接着利用一个串口通信模块把采集到的数据传送到计算中，利用计算机端的LABVIRW软件编程对检测的数据进行相应的实时显示，控制，报警及远程通信。

2.1 传感器的选择

单线温度传感器DS18B20，一根线实现对温度的读取。并且数字温度传感器抗干扰能力强，受电源稳定变化影响小。DS18B20用9位（二进制）对温度进行存贮，温度数值稳定且准确度高。但编程相对模拟传感器复杂，特别是编程中对延时要求较为苛刻。

HU-10S是将湿度传感器的非线性电阻信号转化为线性电压信号，使用方便，外围电路只需要一个电阻，就可得出1.0-3.0的直流电压信号。可以直接介入A/D转换电路而不需要对信号进行放大，功耗低，线性度好，测量准确。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。本设计光强的检测则采用光敏电阻，通过在不同光强下电阻值的变化来测量光强。

油气浓度传感器采用接触燃烧式气敏油气浓度传感器，该传感器以密封吸入方式达到防爆要求标准其检测元件是在铂丝绕成的线圈上镀以氧化铝或者氧化铝与氧化硅混合而成的涂覆层，经一定温度烧结而形成的球状多孔体。在氧化铝外表上敷有铂、钯等贵重金属作催化层，组装成气敏元件。

2.2 单片机最小系统

单片机的最小系统如图2所示，18引脚和19引脚接时钟电路，XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端，在片内是振荡器倒相放大器的输入，XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端，在片内是振荡器倒相放大器的输出。第9 引脚为复位输入端，接上电容，电阻及开关后够按键复位电路，20 引脚为接地端，40 引脚为电源端。

2.3 ADC0809 数据采集电路

本电路实现对模拟信号的数据采集，由ADC0809将模拟信号输入转换为8为二进制数字信号，然后再经单片机P2口送入单片机。单片机在完成数据的接收、处理、存储后，向上位机传送。在数据采集电路中，ADC0809必须在单片机的控制下，才能实现其功能。

如图3所示， ALE地址锁存允许输入信号 ，其时钟信号上升沿将A，B，C选择的通道信号，输入ADC0809进行AD转换。该锁存信号由单片机内部定时器产生，并经P1.0输出。接着，ST送入的信号上升沿将内部置零，下降沿开始启动AD转换。转换完成后，EOC=1，可利用其作为CPU中断信号，为下一次AD转换做准备。

2.4 串口通讯通信接口电路

串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。通过串口通信电路，实现上位机和下位机之间的联系。

2.5 系统电源电路设计

模拟信号经由A＼D转换后的数字信号大小，由电源和模拟信号共同决定，因此稳定的系统供电电源对本次实验测量的精度起着至关重要的作用。本次系统电源电路采用7805稳压管和两个470uf的电解电容对电源进行稳压，产生稳定的5V电源，消除电源变化对实验结果造成的影响。

3 系统软件设计

本系统主要通过模拟和数字传感器实现对环境参数的采集，用信号调理电路对模拟传感器采集的模拟信号进行处理，然后通过数据采集电路将模拟信号转为数字信号，由单片机进行处理。单片机处理之后的信号再由串口通信电路送给上位机，通过LabVIEW程序实现数据的实时显示，监测，报警，存储和远程通信。完成这一任务，需要相应单片机端软件和计算机端软件。

在单片机端程序设计过程中，首先要明确程序要实现的功能，即完成系统初始化，DS18B20数字温度传感器数字信号的读取，对读取的所有信号的处理和串口通信；其次将要实现的各功能模块化程序，供程序調用，特别是对DS18B20温度的读取程序，语句较多，因此考虑自定义一个读DS18B20温度的库函数，这样可使主程序更简洁；最后是主程序自需要对各子程序的正确调用，便能实现其功能。

4 结论

本设计对储油罐区环境监测提出了一种新的方案，实现了对储油罐区温度、湿度、油气浓度和光强环境的实时有效监测，大大提高了储油罐区安全性。此系统还具有适应性强，即投即用，简单、方便、经济、可靠等多个特点，具有很好的市场推广价值和应用价值。本论文对基于虚拟技术的远程通信环境监测系统，进行了全面详尽的介绍，并完成了该系统的硬件设计。本设计的主要工作总结如下：

（1）提出了智能远程环境温度、湿度以及光照度数据监测系统的软件、硬件实施方案。

（2）利用适用性很强的LabVIEW虚拟平台，实现了环境监测数据的远程传输。

（3）完成了智能远程环境温度、湿度以及光照度数据监测系统的软件程序和硬件系统电路的设计。

（4）该系统软件程序和硬件电路设计均采用模块化设计，根据实际需要，可对更多参数进行监测。

经过调试，多次演示，该系统可用于实际应用环境监测中。

参考文献

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作者简介

赵雨，西南石油大学资源与环境学院学生，现在德州鲁信钻井技术服务有限公司从事钻井技术服务相关工作。