本文關(guān)鍵詞：井地電位數(shù)據(jù)采集及無(wú)線通訊協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)對(duì)石油能源的消耗量巨大，而國(guó)內(nèi)的石油產(chǎn)量在逐年減少，石油能源的安全形勢(shì)不容忽視。針對(duì)這種情況，我國(guó)在最近的《國(guó)家科技發(fā)展綱要》中明確提出要開采復(fù)雜地質(zhì)條件的石油資源，提高老油田的采收率，緩解國(guó)家石油能源供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀。老油田注水開采是實(shí)現(xiàn)油井增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，油井注水會(huì)導(dǎo)致地下底層電阻率的變化或者異常。井地電阻率成像方法是利用人工發(fā)射激發(fā)電場(chǎng)，用測(cè)量?jī)x器測(cè)量反映到地表的電位變化，通過(guò)反演技術(shù)就可以知道地下底層的電阻率異常，進(jìn)而可以描述出油井注水的注水走向以及波及范圍，給油井的注水開采提供技術(shù)支持。對(duì)激發(fā)電場(chǎng)形成的電位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，本文針對(duì)這方面進(jìn)行深入的研究。 本文的主要研究?jī)?nèi)容主要分為兩大部分：一是井地電位數(shù)據(jù)采集的研究，二是ZigBee無(wú)線通信協(xié)議的研究。針對(duì)第一部分研究?jī)?nèi)容，本文調(diào)研了多種相關(guān)儀器的設(shè)計(jì)以及同類產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，提出了一種分布式的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸井地電位采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案。分析了井地電位的信號(hào)特征，對(duì)方案進(jìn)行了論證并進(jìn)行了儀器的設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)的研究，對(duì)采集節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)行了多方面的測(cè)試并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能充分滿足井地電位數(shù)據(jù)采集的要求。第二部分對(duì)ZigBee的通信協(xié)議進(jìn)行了研究，從ZigBee協(xié)議的特點(diǎn)入手，分析了ZigBee協(xié)議與同類協(xié)議相比較的優(yōu)勢(shì)。在深入研究ZigBee協(xié)議之后指出了協(xié)議在本文應(yīng)用條件下存在的不足之處，重點(diǎn)是協(xié)議的信道接入機(jī)制存在的缺陷。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種選擇循環(huán)信道共享機(jī)制，對(duì)該機(jī)制進(jìn)行了分析和描述。最后對(duì)該機(jī)制就行了仿真測(cè)試表明，在本文的應(yīng)用條件下，該機(jī)制對(duì)丟包率、網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)時(shí)間和吞吐量等網(wǎng)絡(luò)性能都有改善。 采集節(jié)點(diǎn)采用“MSP430主控制器+FPGA從控制器”作為系統(tǒng)控制部分，采用模塊化設(shè)計(jì)各個(gè)功能部分，包括：系統(tǒng)校正模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、時(shí)序控制單元、大容量存儲(chǔ)模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、電源及掉電保護(hù)模塊等。校正功能包括直流偏置的補(bǔ)償和接地電阻的測(cè)試功能。放大部分利用斬波技術(shù)去除放大器的失調(diào)電壓和1/f噪聲。ADC模塊采用“調(diào)制器+數(shù)字濾波器”的設(shè)計(jì)方式，利用Δ-∑調(diào)制技術(shù)和過(guò)采樣采集技術(shù)，提高了系統(tǒng)采集的分辨率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了采集精度和穩(wěn)定性。利用FPGA控制模數(shù)采集的時(shí)序，達(dá)到了采集要求。利用FPGA設(shè)計(jì)緩存FIFO，解決ADC和主控制器之間的速率匹配問(wèn)題。利用FPGA控制大容量SRAM的形式設(shè)計(jì)了大容量、高速存儲(chǔ)模塊，解決數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)問(wèn)題。利用SZ05系列ZigBee模塊設(shè)計(jì)無(wú)線傳輸模塊。對(duì)無(wú)線模塊進(jìn)行了丟包率等方面的性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)無(wú)線收發(fā)模塊能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。獨(dú)立設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的電源，并采取特別屏蔽及保護(hù)措施設(shè)計(jì)了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的基準(zhǔn)電壓，保證基準(zhǔn)電壓的準(zhǔn)確性。為易失性存儲(chǔ)器SRAM設(shè)計(jì)了掉電的保護(hù)措施，保證數(shù)據(jù)可靠。 對(duì)ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議進(jìn)行了研究。對(duì)改進(jìn)的選擇循環(huán)信道接入機(jī)制進(jìn)行分析，詳細(xì)分析了該機(jī)制避免信道沖突的方法，對(duì)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了描述。在仿真條件下對(duì)星型網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在丟包率、網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí)間和吞吐量對(duì)兩種機(jī)制進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新機(jī)制對(duì)這三個(gè)方面的網(wǎng)絡(luò)性能均有提升。 對(duì)井地電位數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了性能測(cè)試，包括校正功能測(cè)試、短路噪聲測(cè)試、方波采集測(cè)試和油田野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。校正功能測(cè)試結(jié)果表明了系統(tǒng)有較好直流偏置補(bǔ)償效果。輸入短接方式測(cè)量結(jié)果表明系統(tǒng)采集誤差在μV級(jí)別。電極短路測(cè)試表明噪聲在這種環(huán)境下需要一定時(shí)間的穩(wěn)定過(guò)程，，并逐漸平穩(wěn)。方波采集測(cè)試表明系統(tǒng)可以分辨μV級(jí)別的信號(hào)，結(jié)果達(dá)到預(yù)期。
【關(guān)鍵詞】：井地電位 數(shù)據(jù)采集 無(wú)線傳輸 ZigBee協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)性能
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP274.2;TN929.5;TH763
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 研究的背景11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本課題的研究意義14
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 井地電位檢測(cè)原理與工作方式16-19
• 2.1 井地電阻率層析技術(shù)16-17
• 2.2 工作方式17-19
• 第3章 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)19-44
• 3.1 數(shù)據(jù)采集需求分析19-20
• 3.2 采集節(jié)點(diǎn)硬件總體設(shè)計(jì)20-21
• 3.3 檢波器電路及測(cè)試功能模塊設(shè)計(jì)21-24
• 3.3.1 檢波器電路21-22
• 3.3.2 校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)22-23
• 3.3.3 接地電阻測(cè)量模塊23-24
• 3.4 信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)24-32
• 3.4.1 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)24-27
• 3.4.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)27-32
• 3.4.2.1 △-∑調(diào)制器設(shè)計(jì)27-29
• 3.4.2.2 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)29-32
• 3.5 時(shí)序控制單元32-34
• 3.6 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)34-38
• 3.7 無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)38-40
• 3.8 主控制器設(shè)計(jì)40-42
• 3.9 小結(jié)42-44
• 第4章 采集節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究44-50
• 4.1 自然電位和直流偏置補(bǔ)償技術(shù)44-45
• 4.2 斬波去除放大器噪聲技術(shù)45-46
• 4.3 過(guò)采樣采集技術(shù)46-47
• 4.4 電路抗干擾技術(shù)47-50
• 4.4.1 數(shù)字與模擬信號(hào)隔離技術(shù)47-48
• 4.4.2 其他可靠性措施48-50
• 第5章 ZigBee 無(wú)線通信協(xié)議研究50-60
• 5.1 ZigBee 技術(shù)簡(jiǎn)介50-51
• 5.2 CSMA/CA 信道接入機(jī)制研究51-53
• 5.3 改進(jìn) CSMA/CA 信道接入機(jī)制53-56
• 5.3.1 改變初始退避指數(shù)53-54
• 5.3.2 改變退避指數(shù)范圍及節(jié)點(diǎn)狀態(tài)過(guò)渡方案54-56
• 5.4 仿真結(jié)果56-59
• 5.5 小結(jié)59-60
• 第6章 采集節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試及實(shí)驗(yàn)60-65
• 6.1 校準(zhǔn)功能測(cè)試60-61
• 6.1.1 偏置補(bǔ)償測(cè)試60-61
• 6.1.2 接地電阻功能測(cè)試61
• 6.2 短路噪聲測(cè)試61-62
• 6.3 方波采集測(cè)試62-63
• 6.4 無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)63-65
• 第7章 全文總結(jié)65-67
• 7.1 論文總結(jié)65-66
• 7.2 進(jìn)一步研究的展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果70-71
• 致謝71

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 董智勇;張書欽;董躍鈞;;Zigbee技術(shù)在織機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化;2010年04期

2 郭斌;張?zhí)t;錢建平;薛煜陽(yáng);楊信廷;;基于Zigbee無(wú)線冷藏車廂信息采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J];中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào);2010年05期

3 蔣波;嚴(yán)朝勇;;FZ-10C型反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2007年02期

4 王鴻,陳雅萍,高學(xué)平,劉樂(lè)星;簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];電氣傳動(dòng)自動(dòng)化;2000年01期

5 張微,柳梁,王川;一種VFC式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];江西電力職工大學(xué)學(xué)報(bào);2000年02期

6 蔡駿峰;葉序樹;湯勝;;變壓器散熱裝置效率評(píng)估系統(tǒng)[J];儀表技術(shù);2010年08期

7 潘兵;熊靜琪;;嵌入式Linux在液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用[J];中國(guó)測(cè)試技術(shù);2006年02期

8 杜磊;;反射式速調(diào)管工作特性的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬及測(cè)量[J];中國(guó)測(cè)試技術(shù);2007年04期

9 朱春梅;王朝霞;胡嘯峰;;回轉(zhuǎn)機(jī)械扭矩測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];煤礦機(jī)械;2008年12期

10 徐萌;中頻電源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];儀器儀表用戶;2003年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 凌志浩;周怡構(gòu);鄭麗國(guó);;ZigBee技術(shù)在鍋爐焊接質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];第二十七屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2008年

2 劉斌;;基于ZigBee技術(shù)的井下人員定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[A];煤礦自動(dòng)化與信息化——第21屆全國(guó)煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議暨第3屆中國(guó)煤礦信息化與自動(dòng)化高層論壇論文集（上冊(cè)）[C];2011年

3 弭強(qiáng);張金玲;呂英華;朱琳;;基于ZigBee的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其電磁兼容分析[A];第二十屆全國(guó)電磁兼容學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

4 申婕;;基于ZigBee技術(shù)的井下人員定位系統(tǒng)讀卡器的研究[A];煤礦自動(dòng)化與信息化——第21屆全國(guó)煤礦自動(dòng)化與信息化學(xué)術(shù)會(huì)議暨第3屆中國(guó)煤礦信息化與自動(dòng)化高層論壇論文集（上冊(cè)）[C];2011年

5 雷文禮;楊延寧;劉巧平;張水利;陳e

本文編號(hào)：294987