基于GPRS 的油田计量采集控制系统的设计

1 系统简介
随着无线数据通信系统的发展，GPRS 作为一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数
据网络之间为用户提供一种高速无线IP 服务。
基于GPRS 的油田计量采集控制系统是针对采油厂的旧采油计量系统进行的整体升级改造。
新系统的通讯方式改成GPRS，现场终端采集到的数据定时通过GPRS 进入Internet，主机直接连
接Internet，接收由Internet 传送来数据；主机可根据生产需要制定每口油井的计量周期、计
量频率，定期下发给终端；终端按照主机发来的命令自动安排计量间内各油井的计量频率和计量
周期，自动采集油斗数、水量等参数，并将采集到的数据暂存，全部采集完成后定时向Internet
传输，由于终端自动安排油井计量顺序，避免了因通讯不畅而造成的个别油井数据计量不到的情
况；终端设置自动、手动切换开关，特殊情况下可人工计量；计量完成后，将阀位控制到最适当
开度，倒井电机动作频率低、幅度小，避免翻斗频繁翻转，提高翻斗和倒井电机的使用寿命；主
机能够将每天采集到的数据存入数据库；终端采用20*15 汉字液晶显示器单屏显示数据，直观方
便。
本系统由数据采集、GPRS 传输和主机三部分组成。数据采集功能是由单片机控制实现的，
即在现场采集数据并进行处理、传输、显示、存储等操作，采集到的数据经过处理由模拟信号转
换成数字信号，定时通过GPRS 模块进入Internet。通过接入Internet 的主机可以接收到现场
终端采集到的数据。主机部分的数据接收管理软件用组态王开发。
2 采集系统硬件设计
系统主要由供电电源电路、信号采集电路、单片机控制系统、GPRS 模块、液晶显示器、主
机组成。该设计的系统原理如图1 所示。

2.1 水量信号采集电路设计


水量信号采集电路如图2 所示，该电路可以采集工业现场的电压信号（1V-5V）和电流
信号（4mA-20mA）。工业现场变送器送来1V-5V 电压信号，经过分压电阻送入DG508 芯片。
对于送来的电流信号首先将其转换成1V-5V 电压信号。在信号的输入端用高精度的250 欧姆
的电阻把4mA-20mA 电流信号变成电压信号，用单片机控制MOS 管的通断来进行电流信号和
电压信号的切换。MOS 管的压降是毫伏级的，对1V-5V 电压的精度影响只有千分之一左右。
2.2 压力信号采集电路设计
该电路实际设计可以采集多路脉冲信号，这里只介绍其中的一路电路（如图3 所示），
其它各路电路与此相似。图中两个电阻R37、R38 组成了一个电阻分压器，是为了设置门电
压，该门电压大约为2V；四个二极管D26、D27、D28、D29 是为设置输入脉冲值的上限，该
上限值大约为2.4V；二极管D7、D8 起到钳位及保护作用，把输入脉冲信号钳位到0-2.4V
之间，不至于因输入信号过大而对后续电路造成影响；运算放大器LM311 构成了一个比较器；
U8 的4 脚接一个上拉电阻，提高驱动能力，来驱动反相器U19C（74HC14）；U19C 是为了和
计数器82C53 进行电平匹配。

2.3 井位反馈信号采集电路设计
井位反馈信号电路如图4 所示，一根输油管对应一个光电耦合器，N 个光电耦合器接入
C8051F040 的I/O 口，根据N 个光电耦合器输入的一组信号确定井位。

2.4 倒井控制信号采集电路设计

倒井控制电路（如图5 所示）主要由二极管、三极管、电容、常开开关等组成。它可以
接收到C8051F040 传送的高脉冲，高脉冲信号经过三极管使其导通，常开开关就会闭合，从
而达到控制倒井的功能。
3 GPRS 通讯
YN2010 GPRS DTU 是一款基于移动2.5G GPRS 网络平台、内嵌 TCP/UDP 协议及功能强大
的单片机系统的数据传输终端。采用BENG M22 工业级通讯模块，工业规格设计，提供15PIN
TTL/RS232/RS485 等数据接口，适合用户直接嵌入各种采集设备。实现GPRS 远程数据透明
传输功能。
打开客户端测试软件，对安装完成的GPRS 模块进行测试。在此界面设置需连接的服务
器端IP 地址和端口号，点击设置确定即可与远程的或局域网内的另一台计算机相连接，如
果连接成功则在主界面的客户端信息区就会出现服务器地址和端口号，同时在数据接收区会
出现连接成功提示，如果连接不成功则会提示：“与服务器端TCP 连接失败”。
4 小结
本系统通过对各芯片的驱动利用C8051F040 采集信号，并通过GPRS 发出信号，在外网用组
态王软件接收信号，并对接收到的信号进行计量，完成对油田计量间采集的控制。
整个系统在数据的通讯过程中，采用了YN2010 GPRS DTU 透明数据传输模块，该模块以
GPRS 通信技术和单片机技术为核心，自动完成监控中心通过Internet 发出的命令，来接收
解码、终端返回数据编码和发送数据编码。在数据的管理方面使用了组态王软件，非常方便
安全，数据不易丢失，并且实现了人机界面的交互，便于操作控制。通过实际测试，本系统
实现了设计目的的要求，在现场比较复杂恶劣的环境中系统仍能正常的工作。