太陽能供電的無線錄井系統(tǒng)研究

【摘要】：目前，錄井工程中數(shù)據(jù)采集傳輸采用現(xiàn)場總線的方式，供電方式采用市電或者柴油機發(fā)電，工程中布線工作繁重，系統(tǒng)擴展性差，維護困難。無線錄井系統(tǒng)具有可移動，易于擴展，易于安裝和拆卸等優(yōu)點。研究和開發(fā)無線錄井系統(tǒng)對錄井設(shè)備的升級改造和錄井技術(shù)的進(jìn)步有重要意義。 本文首先對無線化錄井方案設(shè)計過程中需要面臨的主要問題進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)設(shè)計工作重點。通過對常用的無線通信技術(shù)進(jìn)行分析比較，選擇采用ZigBee技術(shù)完成錄井?dāng)?shù)據(jù)的無線傳輸。通過對常用自供電技術(shù)的分析比較，選擇采用太陽能發(fā)電的方式為系統(tǒng)供電。 其次，采用模塊化的設(shè)計思想，從降低系統(tǒng)功耗、實現(xiàn)無線化能量供給、建立穩(wěn)定可靠的無線網(wǎng)絡(luò)三個方面著手，進(jìn)行無線化錄井系統(tǒng)設(shè)計。針對錄井傳感器的特點設(shè)計低功耗的數(shù)據(jù)采集模塊，完成模擬類傳感器、泵沖傳感器以及絞車傳感器的數(shù)據(jù)采集。采用CC2530網(wǎng)絡(luò)單片機為核心設(shè)計ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并基于Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)軟件部分設(shè)計。太陽能供電部分從太陽能電池特點入手，將供電部分分為若干子模塊進(jìn)行設(shè)計，重點分析了電池溫度保護、太陽能電池最大功率點跟蹤、輸出電壓變換以及蓄電池狀態(tài)監(jiān)測各部分電路結(jié)構(gòu)以及重要元件的參數(shù)計算。 最后，對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能，節(jié)點功耗等進(jìn)行了實驗測試，結(jié)果表明，系統(tǒng)功能基本滿足無線錄井需求，具有一定的應(yīng)用前景。 【關(guān)鍵詞】：錄井 太陽能供電 數(shù)據(jù)采集 ZigBee CC2530
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE928
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 錄井?dāng)?shù)據(jù)采集及傳輸技術(shù)現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 錄井儀器發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 錄井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容及目標(biāo)14
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 系統(tǒng)設(shè)計總體方案16-25
• 2.1 錄井現(xiàn)場工作特點16
• 2.2 常用短距離無線通信技術(shù)研究比較16-18
• 2.2.1 紅外通信技術(shù)16-17
• 2.2.2 Wi-Fi 技術(shù)17
• 2.2.3 藍(lán)牙技術(shù)17
• 2.2.4 ZigBee 技術(shù)17-18
• 2.3 常用自供電技術(shù)研究比較18-22
• 2.3.1 蓄電池供電19-20
• 2.3.2 太陽能光伏發(fā)電20
• 2.3.3 風(fēng)能發(fā)電20
• 2.3.4 振動發(fā)電20-21
• 2.3.5 溫差發(fā)電21
• 2.3.6 無線輸電技術(shù)21-22
• 2.4 系統(tǒng)設(shè)計的原則22-24
• 2.4.1 低功耗設(shè)計22-23
• 2.4.2 可靠性設(shè)計23
• 2.4.3 抗干擾性設(shè)計23
• 2.4.4 其他相關(guān)設(shè)計23-24
• 2.5 系統(tǒng)方案設(shè)計24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 數(shù)據(jù)采集與傳輸硬件設(shè)計25-34
• 3.1 信號采集部分硬件設(shè)計25-31
• 3.1.1 模擬量數(shù)據(jù)采集電路25-28
• 3.1.2 脈沖量數(shù)據(jù)采集電路28-29
• 3.1.3 絞車傳感器數(shù)據(jù)采集29-31
• 3.2 通信節(jié)點硬件設(shè)計31-33
• 3.2.1 無線節(jié)點電路設(shè)計31-32
• 3.2.2 串口電路的設(shè)計32-33
• 3.3 本章小結(jié)33-34
• 第4章 太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計34-44
• 4.1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)分析34-36
• 4.1.1 太陽能光伏電池特性34-36
• 4.1.2 太陽能供電系統(tǒng)框架36
• 4.2 太陽能供電系統(tǒng)硬件設(shè)計36-43
• 4.2.1 電池板及蓄電池規(guī)格選擇36-37
• 4.2.2 充電電路設(shè)計37-41
• 4.2.3 電壓變換電路41-42
• 4.2.4 電池狀態(tài)監(jiān)測電路42-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第5章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計44-52
• 5.1 ZigBee 協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)及程序分析44-47
• 5.1.1 ZigBee 協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)44-45
• 5.1.2 ZigBee 協(xié)議棧程序分析45-47
• 5.2 無線通信軟件設(shè)計47-51
• 5.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體設(shè)計思路47
• 5.2.2 終端節(jié)點軟件設(shè)計47-49
• 5.2.3 路由節(jié)點軟件設(shè)計49-50
• 5.2.4 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計50-51
• 5.3 本章小結(jié)51-52
• 第6章 系統(tǒng)測試52-57
• 6.1 各模塊功能測試52-55
• 6.1.1 太陽能充電模塊52
• 6.1.2 模擬信號采集模塊52-53
• 6.1.3 絞車信號采集模塊53-54
• 6.1.4 網(wǎng)絡(luò)功能測試54-55
• 6.2 節(jié)點功耗測試55-56
• 6.3 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果62-63
• 致謝63-64
• 作者簡介64

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