技术领域

本发明涉及一种在 PLC和 WIA无线网络之间进行数据传输的装置，具体地 说是一种面向 油田的无线数据远传装置。 背景技术

随着数字化油田的兴起，油田的后台管理逐渐 由以前的粗放式向信息化过渡，逐步加强 了采油、 输油各个环节的监控。 另外， 由于油田工作环境复杂， 存在各种电机， 电磁干扰影 响比较大， 所以在设计无线射频模块的时候要考虑射频前 端的抗干扰电路。

常用的数据采集装置包括有线装置数据采集、 微波技术无线数据采集以及卫星通信无线 数据采集。 由于油井分布广泛， 而且有些油井和控制室距离比较远， 在铺设通信线缆时费用 比较高， 而且通信线缆在野外维护时也给工作人员带来 巨大不便。微波技术应用到数据采集 中可以解决铺设线缆的问题， 但由于微波是采用模拟技术， 在油井周围易受干扰， 降低数据 传输的准确率， 微波技术在小范围监控具有明显优势。 卫星技术抗干扰能力比较强， 使用灵 活， 但卫星通信技术信号传输的成本昂贵。 本发明采用 WIA无线通信技术， 很好的解决了 以上存在的问题。 发明内容

针对现有技术中存在的上述问题， 本发明采用有线数据传输和无线数据传输相结 合的方 式， 提出一种面向油田的无线数据远传装置， 通过以太网口与现场设备进行数据双向交互， 然后通过处理器对数据格式进行转换， 再把数据通过 WIA无线模块与后台进行双向无线交 互。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是： 一种面向油田的无线数据远传装置，包括: 处理器： 与电源电路、 指示灯电路、 以太网接口电路、 WIA无线网络射频电路连接， 用 于将以太网数据和 WIA无线网络数据进行数据格式上的相互转换；

电源电路： 为 DC/DC电路， 与处理器、 指示灯电路、 以太网接口电路、 WIA无线网络 射频电路连接， 用于将输入电压分别转换为所述处理器、 指示灯电路、 以太网接口电路、 WIA无线网络射频电路的工作电压；

指示灯电路： 连接处理器， 用于在处理器的控制下显示电源状态和数据收 发状态； 以太网接口电路： 连接处理器， 用于现场设备和处理器之间进行数据双向交互 通信；

WIA无线网络射频电路： 连接处理器， 用于后台监控中心和处理器之间进行双向数据 相 互交互。

所述电源电路包括： 电桥电路： 连接在外部输入电源和第一低压转换电路之间 ， 用于防止输入电压接反而烧 毁内部电路；

第一低压转换电路： 将外部输入的 7V〜40V电压转换成 5V电压；

电压隔离电路： 将 5V电压进行隔离处理；

第二低压转换电路：将电压隔离电路输出的 5V电压转换成 3.3V电压输出，供所述 WIA 无线网络射频电路、 指示灯电路和以太网接口电路使用。

所述指示灯电路包括 3个指示灯： 电源上电指示灯、 无线网络接收状态指示灯和无线网 络发送状态指示灯；

所述电源上电指示灯在装置上电后启动；

无线网络接收状态指示灯和无线网络发送状态 指示灯分别连接处理器， 状态受处理器控 制， 当 WIA无线网络射频电路接收数据时， 无线网络接收状态指示灯闪烁或改变开启 /关闭 状态， 当 WIA无线网络射频电路发送数据时， 无线网络发送状态指示灯闪烁或改变开启 /关 闭状态。

电源上电指示灯与无线网络接收状态指示灯、 无线网络发送状态指示灯的颜色相区别。 所述以太网接口电路包括：

已经封装好的以太网接口模块， 分别与网络接口、 处理器和指示灯电路连接， 用于接收 和发送以太网数据；

网络接口， 连接以太网接口模块， 用于抗雷击保护；

以太网接口模块和网络接口之间的通信数据线 上， 串有电磁保护电路， 用于对差分数据 线的电磁保护。

所述电磁保护电路， 串联在数据差分线之间， 对以太网的差分信号线进行 ESD保护。 所述 WIA无线网络射频电路在天线输入端和射频开关 接收端串联一个 220pF的耦合电 容， 用于消除 470MHZ左右的杂波信号。

所述 WIA无线网络射频电路在天线输入端和耦合电容 之间加一个 型滤波器。

本发明具有以下有益效果及优点：

1. 与后台服务器通信采用无线连接方式，减少布 线给工程带来的安全隐患,同时节约施工 成本。

2. 与现场采油井之间采用以太网通信方式， 数据传输安全可靠。

3. 内部采用隔离电源， 减少系统受外界的影响。

4. 外部电源输入部分采用电桥设计， 能够有效防止电源线接反对装置造成的烧毁。

5. 本发明各功能电路采用模块化设计， 便于现场调试以及后期安装维护。

6.本装置主要应用在采油装置上， 主要负责采集采油装置终端设备上的液位信息 、 油水 界面信息和油水流量信息等。 主要目的利用现场监控系统， 实现数据源头的自动无线采集， 然后将数据传输到厂级实时数据库， 对取得的数据进行统计、 分析、 优化， 从而能够更好的 保证生产设备的正常运转， 为降低生产成本提供重要数据。 7.该无线数据远传装置， 能够在复杂的现场环境下使用， 无需布线， 为安装带来方便。 能够将现场采集到的数据实时、 准确上传到后台管理中心。 在油田领域有广阔的应用前景。

8.整个数据传输过程安全可靠， 设备建立重传机制， 如果传输的数据受到干扰不符合要 求或有报文丢失， 数据将会被自动丢弃， 重新接收下一包完整数据。 附图说明

图 1为本发明的系统框图；

图 2为本发明的原理框图；

图 3为本发明的电源电路原理图；

图 4为本发明的以太网接口电路原理图；

图 5为本发明的处理器电路原理图；

图 6为本发明的 WIA无线网络射频电路原理图；

图 7为本发明的指示灯原理图；

图 8为 π型滤波器电路原理图。 具体实施方式

下面结合附图及实施方法对本发明做进一步的 详细说明。

如图 1所示， 本发明主要对油田中采油井的液位信息、 油水界面信息和油水流量信息等 进行数据采集， 采集方式通过以太网接口。 将采集到的数据通过处理器进行数据格式转换 ， 在通过 WIA无线网络与后台服务器进行双向数据交互。

如图 2所示， 系统原理图框图。本系统主要由电源电路、 以太网接口电路、处理器电路、 WIA无线网络射频电路、差分数据线保护电路和 指示灯电路等。其中以太网接口电路和 WIA 无线网络射频电路采用模块化设计方法。

如图 3所示， 电源电路原理图。 电源电路采用宽范围输入（7V〜40V)， 并且电源输入端 接有电桥， 以防外部电源正负接反对装置造成的损坏。 为提高系统的稳定性和抗干扰性， 对 系统的电源还做了隔离处理， 大大降低外界电源纹波对系统的影响。低电压 转换芯片将隔离 输出的 5V电压转换成 3.3V电源电压， 供系统工作使用。

电源电路包括：

电桥电路： 具有防止输入电压接反烧毁内部电路的功能。

低压转换电路 U2: 将外部输入的 7V〜40V电压转换成 5V电压。 U2的管脚 1和地之间 接有电解电容和去耦电容， U2的管脚 2和地之间接有反向的二极管， U2的管脚 2和 3之间 接有 lOOuH电感， U2的管脚 4输出端接有电解电容。

电压隔离电路 U1 : 为减少外界电源对本装置的干扰，对本装置使 用的输入电压进行隔离 处理， 将 5V电压进行隔离处理后通过 U1的管脚 4进行输出。

低压转换电路 U6: 将输入的 5V电压转换成 3.3V电压供装置使用， 包括射频电路、 指 示灯电路和以太网电路等。 U6的管脚 3与地之间接有去耦电容， U6的管脚 2和 4与地之间 接有胆电容和去耦电容。

如图 4所示， 以太网接口电路原理图。 该部分采用模块化设计方法， 以太网芯片、 以太 网变压器以及晶振等器件均已集成在模块内部 ， 模块与外部通信连接采用间距 2.54mm的单 排插针。 模块和以太网接头的差分通信线上并有集成的 TVS二极管， 用于对差分信号线的 电磁保护。 以太网接头采用 HR911105A, 内部集成以太网数据通信指示灯。

以太网接口电路包括：

已经封装好的以太网接口模块 U4， U4的管脚 1、 2、 3、 4分别与网络接口 U8连接。 U4 的管脚 6、 7与处理器连接。 U4的管脚 11接大地。 U4的管脚 12接电源地。 U4的管脚 13、 14接电源 5V， 并外接去耦电容 C8和胆电容 C10进行滤波处理。 U4的管脚 15和 19接网络 接口的指示灯。

网络接口 U8， U8的管脚 1、 2、 3、 6分别与 U4相连。 U8的管脚 5、 7、 8通过 R4、 R6 与大地相连， 并通过 C12与电源地相连。 用于抗雷击保护。

以太网接口模块 U4和网络接口 U8之间的通信数据线上， 串有 U7芯片， 用于对差分数 据线的电磁保护。

如图 5所示， 处理器电路原理图， 处理器采用 STM32fl03芯片， 该芯片的串口 0连接到 WIA无线射频模块上， 串口 1连接到以太网通信模块上。 管脚 PA2和 PB9分别对状态指示 灯进行状态变化控制。

如图 6所示， WIA无线网络射频电路原理图。 该部分设计采用模块化设计， 将处理器、 射频芯片、 晶振以及外围器件封装在一个独立的模块内部 与外部连接通过一个双排间距 1.27mm的插针进行连接。

WIA无线网络射频电路采用模块化设计，外部留 有接口电路。 WIA无线网络射频电路外 部接口如 U9所示， U9的管脚 1、 2接输入电源 3.3V, 并与地之间并有去耦电容 C11和胆电 容 El。 U9的管脚 13、 16与处理器进行数据通信， 并与 3.3v电源之间并有 R8、 R9上拉电 阻。 U9的管脚 27、 28接地。

如图 7所示，指示灯电路原理图。本发明中共涉及� �个指示灯，系统电源指示灯（红色）， WIA无线网络状态数据发送指示灯 （绿色）， WIA无线网络状态数据接收指示灯 （绿色）。 WIA无线网络状态数据指示灯的闪烁频率受处理 器控制。

由于油田工作环境复杂， 存在各种电机， 电磁干扰影响比较大， 所以在设计无线射频模 块的时候要考虑射频前端的抗干扰电路。 为解决此问题， 本发明在无线模块的天线端附加了 电磁抗干扰电路， 在不影响信号通路的情况下， 在天线输入端和射频开关接收端串联一个 220pF的耦合电容， 用于消除 470MHZ左右的杂波信号。 同时在天线输入端和耦合电容之间 加一个 π型滤波器， 它的输入和输出都呈现低阻抗， 根据实验仿真本发明所采用的 LC型 π 型滤波器的电感值 15ηΗ， 电容值 9.1pF， 能够很好的对 470MHZ输入频率的杂波进行滤除。 n型滤波器电路原理图如图 8。