SCW-530无线传感器采集系统软件设计

·开发设计·

SCW-530无线传感器采集系统软件设计

董雪松1马继兵2苑洪伟2

(1.中石化华北石油工程有限公司录井分公司河南郑州450006;

2.中国电子科技集团公司第二十二研究所河南新乡453000)

摘要：为了更好的适应当前大规模石油勘探开发和钻探提速的需要，有效解决传统有线传感器存在的安装布线困难、易受外力破坏等问题，随着无线网络技术的不断发展，研发了SCW-530无线传感器采集系统。为了使该系统便于扩充，系统软件采用了模块化分层设计，成功挂接多种型号录井仪，并可以应用到其它设备上。该系统在现场应用效果良好，软件性能稳定，在多油田多设备上推广使用表明，软件模块化分层设计是一种值得推荐的设计方式。

关键词：SCW-530；传感器；模块化；分层设计

作者简介：第一董雪松，男，1978年生，助理工程师， 2006年7月毕业于中国石油大学石油工程专业，现在中石化华北石油工程有限公司录井分公司从事仪器工作。E-mail:dxscxm@qq.com

文章编号：中图法分类号：TN919

收稿日期：(2014-07-10编辑：韩德林)

Software Design of SCW-530 Wireless Sensor Data Acquisition SystemDONG XuesongMA JibingYUAN Hongwei

(1.MudLoggingCompangofSinopecChinaPetroleumEngineeningCO.,Ltd,Zhengzhou,Henan450006,China;

2.ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.22ResearchInstitute,Xinxiang,Henan453003,China)

Abstract：In order to meet the needs of lager oil exploration and development and drilling speed up, SCW-530 wireless sensor data acquisition system is developed. The problems of traditional sensors installation with cable difficulties and vulnerable to external forces are solved. The system is easy to be extended and module layered designed. The system is applied to many types of mud logging units successfully and can be used on other equipments. Field application results are good and software performance is stable. Wide usage of the system in oil field has improved that software module layered design is a recommendable design method.

Key word： SCW-530, wireless, sensor, module layered design

0引言

目前在录井作业中使用的传感器采集技术主要分为常规多总线和单根总线(CAN、485等)两种采集和传输方式，它们都存在安装布线困难、拆卸麻烦易受雷电及外力破坏等问题。SCW-530无线传感器采集系统(以下简称SCW-530系统)可以有效解决现有传感器采集、传输方式的弊端，其具有低功耗、集成化、小型化、高可靠的特点，可以很好的适应当前大规模石油勘探开发和钻探提速的需要[1、2]。

1SCW-530系统

SCW-530系统实现了综合录井所有传感器的无线化和低功耗设计。通过二次开发，可挂接各种型号的录井、钻井监测设备，将传统传感器采集系统升级为无线传感器采集系统。其系统构成如图1所示。

图1　SCW-530系统构成

SCW-530系统由一定数量的节点(集成了低功耗传感器、数据处理和无线通信模块)构成的自组织网络系统。无线传感器主节点负责所有传感器采集数据的汇总接收，它是无线传感器采集系统的核心。主节点提供的输出接口包括RS232、USB及422三种接口形式，RS232和USB接口可直接连接计算机，422接口则通过室内采集模块转接RJ45网线接口输出间接连接至计算机。

系统的主要技术特点：

1)节约成本，分体设计，消耗低；

2)使用安全，抗干扰，防雷击；

3)传输可靠，传输质量高、距离远；

4)维护简便，维修简便、快速恢复；

5)快速拆装，拆装快，可整体迁移；

6)扩展性强，统一接口、快速扩展。

2软件设计

设计原则。基于模块化的设计思想，实现充分适应不同用户需求情况下的传感器配套问题；采用核心处理模块化，输出接口分层封装成不同形式，便于第三方设备使用，也便于后续系统软件升级与二次开发。

基于上述设计原则，SCW-530系统软件主要由四个单元构成，其中包括信号采集、数据传输、采集系统和配置软件。信号采集单元是数据交互中心，而数据传输和采集系统是对信号采集单元的二次分层封装，配置软件单元是系统配套配置软件，软件架构如图2所示。

信号采集单元。采用动态链接库形式，负责通过网口或者串口进行原始信号的采集，以及对SCW-530系统进行传感器配置和控制，可以实时监控和数据交互。

数据传输单元。采用COM(组件对象模型)形式，负责数据交互，把第三方应用下发指令转发到信号采集单元，同时把信号采集单元的数据转发到第三方应用中。

采集系统单元。是独立完整的传感器采集系统，包括对信号采集单元界面配置，传感器(包括绞车和泵冲数字量与模拟量)的标定和模拟替代等，可以通过WITS 0标准输出传感器物理量。

图2　系统软件架构

配置软件单元。是独立可执行软件，它提供了对信号采集单元界面配置，并可以接受信号采集单元的的原始数据。

通过这种模块化分层设计，信号采集、数据传输和采集系统单元，是无线传感器配套设备的三种方式。在实际应用过程中，可以根据第三方设备软件设计情况，选择使用，快速配套。比如DML综合录井仪使用信号采集单元方式方便，ALS系列综合录井仪使用采集系统单元方式可以快速挂接，DHI录井仪适用于采用数据传输单元方式。

3软件功能

3.1信号采集单元

信号采集单元是SCW-530系统数据中心，负责上位机和无线传感器之间数据交互。一般在实时系统中使用，为了方便实时监控，提供了托盘和浮动窗功能，双击托盘或者浮动窗，可以弹出实时数据监控界面，如图3所示。

图3　实时监控

在图3中，可以监控当前采集的数值，电池电量、无线信号强度、采集状态、采集频率和传感器类型等。当出现电量低、信号低、采集状态无效时，将在图3中以红色标识，同时在浮动窗中显示，如图4所示。

图4　采集异常

信号采集单元是核心单元，作为动态链接库，对外提供如下接口：

bool SetDaqMethod(int iType);// 0:串口，1：网口

bool SetComPort(int iCom);//设置串口号

bool SetNetCfg(int []srcIp,int []dstIp,int srcPort,int dstPort);//配置网络通讯地址和端口

bool SendSrcData(int inum,byte []bdata);//发送原始数据到下位机

typedef void (* GetSrcData)(int inum,byte []bdata);//下位机返回原始数据

DataCallBack(GetSrcData pSrc);//原始数据回调函数

bool GetChannaleValue(intiId,float []fData);//输入通道号，返回通道采集值，数字量是2个，模拟量是1个数值

3.2数据传输单元

数据传输单元。采用COM接口形式，负责数据分发。COM 主要是为了实现软件复用和互操作，并且为基于WINDOWS的程序提供了统一的、可扩充的、面向对象的通讯协议。它定义了组件程序之间进行交互的标准，第三方应用程序可以方便使用。数据传输单元，提供了SCW-530系统正常工作需要的配置和实时获取数据的接口，具体如下：

STDMETHODIMP ComSetDaqMethod ([in] int iType,[out] BYTE *bState);//设置工作方式

STDMETHODIMP ComSetComPort([in] int iCom,[out] BYTE *bState);//设置串口号

STDMETHODIMP ComSetNetCfg([in] int *srcIp,[in] int * dstIp,[in] int srcPort,[in] int dstPort,[out] BYTE *bState);//设置网络通讯配置

STDMETHODIMP ComGetChannaleValue([in] int iId,[out ,size_is(2)]float *fdata,[out]BYTE *bState);//获取传感器数据

通过提供的接口，第三方设备软件，实时接受无线传感器的数据，并进行相关数据处理。

3.3采集系统单元

采集系统。是一个独立完整的传感器采集软件，可用于支持WITS 0标准输入的设备，软件如图5所示。

采集系统基本功能同配置软件相同，增加了传感器的标定等功能，可以计算大钩高度和模拟量传感器物理值等。通过WITS配置，设置传感器的输出，挂接其它设备。WITS配置如图6所示。

图5　采集系统

在图6中，可以根据需要进行输出配置，并在图5，点击“发送”按钮进行实时数据发送。

3.4配置软件单元

配置软件主要用于对SCW-530系统进行配置和调试使用，如图7所示。

在图7界面，可以配置每个无线传感器节点地址，传感器类型，采集频率，设置是否使用等。对SCW-530系统配置完成后，可以监测系统的工作状态，并进行调整。

4现场应用

图6　WITS输出配置

图7　配置软件

SCW-530系统目前可以用于多种设备，包括ACE系列综合录井仪、DML综合录井仪、SK2000综合录井仪、ALS综合录井仪、DHI综合录井仪、DLS综合录井仪、SLS-2钻时仪等。

SCW-530系统在大牛地气田、长庆油田、中原油田、河南油田、西南石油局、大庆油田、青海油田、冀东油田等地区进行了应用，软件性能稳定，系统应用效果良好，得到了甲方和小队专业人员的普遍认可[3]。

5结束语

通过软件模块化分层设计，SCW-530系统可以用于不同的设备，在不同的油田区块使用。通过该系统推广使用表明，软件模块化分层设计是一种值得推荐的设计方式。

参 考 文 献

[1] 张策，甄建，季艳. 综合录井仪传感器信号无线传输方法探讨[J] .录井工程，2010，21(2)：64-67.

[2] 胥东宏，李冠珠，张世明，等. 综合录井仪传感器信号无线传输系统开发[J] .录井工程，2010，21(2)：58-60.

[3] 沈铁，谢洪武，吕前进. SCW-530录井无线传感器采集系统功能与设计特点[J] .录井工程，2014，25(3)：65-69.