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油水井无线传感器网络的研究与实现

作　者: 罗勇桥
导　师: 梁阿磊；陆洪涛
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: Zigbee技术无线传感器网络模糊决策汇聚节点
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国目前油田油水井生产数据采集工作,基本上是都由人工每天现场收集,然后汇总上报的方式,每个采油厂的辖域都需要专门人员进行日常生产数据收集与记录,然后每个计量站的日报数据汇总到资料员,统一人工上传数据库。这样传统的生产方式已无法满足提高油田采油生产效率和实时监控油水井生产工况的要求。基于这种生产现状,本文提出在油田采油生产系统中引入无线传感器网络,采用智能无线数据采集传输手段来取代人工数据采集统计方式,从而提高采油生产效率,便显得尤为必要。无线传感器网络能够通过各类传感器协作地实时监测、感知和采集网络分布区的环境或监测对象的信息,并通过无线的方式接收发送信息。开发油水井无线传感、控制、汇聚节点和优化站点,建立油水井无线测控网络系统,实现信息采集自动部署、自组织传输和智能控制,对于大幅度提高单位面积的劳动生产率和资源产出率、实现可持续发展,提高其生产的科技水平和综合能力具有重要意义。汇聚节点作为油水井无线传感器网络的通信枢纽,不仅负责接收传感器节点采集的传感器数据,并需要对数据进行有效地信息融合,当环境参数超出临界范围,产生控制指令来控制相关设备,同时触发报警机制。所以汇聚节点是油水井无线传感器网络的研究重点。本文在建立了多传感器节点无线网络的实时监测系统的基础上,进行了汇聚节点的硬件设计、信息融合技术与软件系统的研究与设计:1.基于整个油水井工作环境和系统的需要以及嵌入式平台的良好数据处理性和扩展性,能够很好地处理复杂的环境参数,本文在硬件设计中采用了LPC2131ARM7嵌入式系统、CC2430的Zigbee无线通信模块和MC55i的GPRS无线通信模块。根据系统需求,本文通过对各个部分端口和引脚的设计,构架了汇聚节点的硬件。实现了对环境参数进行采集和处理,通过无线网络接收和发送数据以及指令;2.针对无线传感器网络设计实用性的要求,根据实验建立的各种参数之间的相关性模型,包括各种环境成分之间的分解与合成关系以及他们对现场环境参数的影响,在无线传感器网络汇聚节点系统的下层采用卡尔曼滤波方差自适应的加权信息融合算法,以减少能耗和网络冲突的数据处理,上层汇聚节点采用基于模糊理论的决策级信息融合方法产生报警机制和控制指令,该算法能有效降低传感器网络能耗和网络信息冲突,有效地获得有用信息,并进行决策控制,性能分析表明了该算法的有效性和可靠性;3.软件系统的设计包括处理器LPC2131和Zigbee、GPRS通信模块端口的初始化设置,软件系统的构架和主程序的设计实现。重点提取环境参数变化的规则库的规律,来实时分析每次接收的数据是否符合环境需要,并建立起控制及报警机制,对设备进行控制和发布设备故障报警信号。

油水井无线传感器网络的研究与实现

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