油田井下无线通信系统设计与实现

成正常工作 ，这就需要用到无线通信 网络协议 。目 发送 给上 位机 进行显 示 、处理 与控 制 ，并将 控制命 前较为常用的无线通信网络协议包括８ ０ ２ ． １ １ 家族的 令发回到井下系统。 ． １ 井下 发射装 置 标准协议 、蓝牙协议 和 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协议 等 。８ ０ ２ ． １ １ 是 ２ 井下发射 系统硬件 电路主要包括传感器模块 、 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ 最初制定的一个无线局域网标 准 ，主要用于
油田井下无线通信系统主要包括井下发射装置 电磁波给地面接收设备 ，由地面指挥井下施工，实 以及地 面接 收与显示 装置 ，其结 构示 意 图见 图 １ 。 现了对油 田井下现场实时监控和指挥的作用。该系
统解决了有线数据传输的弊端 ，具有成本低 、操作 性灵活 ，实时性好等优点 ，可极大地提高油 田井 下作业的自动化水平 ，并推动数字化油田的建设 。
１ 无 线数据传输技术
无线数据传输系统是一种利用无线通信方式实 现数据传输的系统 ，目前使用的无线数据传输系统 般分为两大类 ：一类是基于公共通信网络的无线 数据传输系统 ，例如 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 无线数据传输系统 ，这
一
图１ 油 田 井 下 无线 通 信 系 统 示 意
其中，井下发射装置的功能是将 由传感器送来
第３ ２ 卷第 ４ 期 （ ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ）（ 仪 表 电 气）
油田井下无线通信系统设计与实现
李明 杨其锋 河南 机电 高等 专 科学 校
摘要 ：无 线数 据传 输 系统是 一种 利 用 无 线通信 方 式 实现 数据 传 输 的 系统 ，油田 井 下无 线通 信 系统 主要 包括 井 下发射 装 置 以及 地 面接 收 与显 示装 置 。 井 下发 射 装 置 的功 能是 将 由传 感 器送
将油 田井下监测信息发送 到地 面接 收与显示装置 传 输 距 离 最 大 ２ ０ ０ ｍ，数 据 速 率 达 ２ ５ ０ ｋ ｂ ｐ ｓ ，码 片 Ｍｃ ｈ ｉ ｐ ／ ｓ 。Ｃ Ｃ ２ ４ ２ ０ 芯 片 的控 制 需 要 由一 些 中 ；当地 面接 收与 显示 装 置给 出发送 命 令后 ，井 下 速 率 达 ２
面或现场指挥中心 ，并由专家做 出决策 ，实现现场 网络协议 中，Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协议适用于油田井下无线通信
指挥作业 ，从 而提高专家 的决策速度和准确性 。 系统 。 本文结合油田井下作业需求 ，设计了一种基于无线
பைடு நூலகம்
网络的油 田井下通信系统 ，该系统在井下通过发射
２ 系统设计
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ６ ８ ９ ６ ． ２ ０ １ ３ ． ４ ． ０ ４ ｌ
随着数字化油田建设的发展 ，油 田井下作业领 放性全球规范 ，作为一种小范围无线连接技术 ，是 域 已经进人了信息化建设时代。由于油田井下作业 目前 实现 无线 局域 网 的主流 技术 之一 ；Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技 术 与施工需要与地面通信保持顺畅 ，以便对油 田井下 是 一种 提供 控制 或传感 器等 电子 元器 件之 间无线 连 状况进行监控 ，油田井下通信系统则起到了至关重 接 的通信技术 ，其无线 网络协议包括 Ｍ Ａ Ｃ 层 、路 要 的作 用 ｎ 。考 虑 到 油 田井 下施 工 的需 要 ，一般 采 由、网络层和应用层等 ， 是一种新兴的短距离 、低 用无线通信的方式实现油田井下作业现场数据的实 速率 的无线 网络 技术畸 。通过 对无线 数据 传输 系统 时采集与传输。采集的信息通过无线 网络传送到地 及其 技术 的分 析可 以发现 ，在 上述介 绍 的集 中无线
Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 单 片机模块 、电源模块 以 解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无 无线传输模块 、Ｍ 所示 。其 中电源模块提供整个 线接人 ；蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开 及显示模块 ，如图２
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７ ０一
油气田地面工程 （ ｈ ￣ ｃ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗｙｑｔ ｄ ｍｇ ｃ ． ｃ ｏ ｍ）
的数 据信 号经 主控芯 片控 制 ，通过无 线 数据传输 模 类系统适用于远距离无线通信和控制 ；另一类是通 块发 送 出去 ；地面接 收 与显示 装置 的功 能是利 用无 过自 组通信网络的无线数据传输系统 。 将数据 无线数据传输系统需要组建无线通信 网络 以完 线数据传输模块接收井下发射的数据信号 ，
来 的数 据信 号 经 主控 芯 片控 制 ，通 过 无线 数 据传 输模 块 发送 出去 ；地 面接 收 与显 示装 置 的 功能
是 利 用无 线数 据传 输模 块接 收 井下 发射 的数 据 信 号 ，将 数据 发送 给 上位 机 进行 显 示 、 处理 与控
制 ，并将控制命令发回到井下 系统 。该 系统解决了有线数据传输 的弊端，具有成本低 、操作性 灵 活 ，实时性好 等优 点 ，可极 大地提 高油田 井下作 业的 自动化 水平 ，并推 动数 字化 油田的 建设 。 关键词：油田井下 ； 无线通信 ；单片机 ；无线数据收发模块
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Ｃ ２ ４ ２ ０ 。Ｃ Ｃ ２ ４ ２ ０芯 片 是 Ｃ Ｈ Ｉ Ｐ Ｃ Ｏ Ｎ公 司 在 ２ ０ ０ ３年 油 田井 下发 射 系统所 需 的各 种 电源 电压 ；传 感器模 Ｃ
． ４ Ｇ Ｈ ｚ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ ． １ ５ ． ４ 的 无 线 收 块用于检测油 田井下监测信息 ，并将检测到信息量 底 推 出的 一 款兼 容 ２ 报送 给Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 单片机模块 ；Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 单片机模块实 发 芯 片 。Ｃ Ｃ ２ ４ ２ ０ 芯 片采 用 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ ． １ ５ ． ４ 规 范 要 求 Ｓ ＭＡ ， Ｃ Ａ功 能 ， 现 传 感 器数 据 的接 收 ，并 通 过 配 置无 线 传 输模 块 ， 的 直 接 序 列 扩 频 方 式 ，硬 件 支 持 Ｃ