物联网综合设计谢鑫0740123.docx

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物联网综合设计谢鑫0740123

石油勘探识别器

姓名：

谢鑫班级：

物联网工程一班学号：

20100740123

一、物联网应用需求分析

物联网是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

在物联网中，每一个物品都被赋予了一个独一无二的识别代码，将这个代码存储在电子标签中贴在物品上，同时将这个代码所对应的详细信息和属性存储在射频识别信息服务系统的服务器当中。

当物品从生产到流通的各个环节中被识别并记录时，通过对象名解析服务可获得物品所属信息服务系统统一资源标识，进而通过网络从射频识别信息服务器中获得其代码所对应的信息和属性，以进行物品的识别和达到对物品自动追踪管理的目的。

物联网的最终目标是为每一个物品建立全球的、开放性的标识标准，它的发展不仅能够实现对物品的实时跟踪，而且能够提供工作效率和信息化的管理水平。

物联网结构

物联网分为感知层、网络层和应用层三层

感知层包括条码识读器、RFID读写器、传感器、摄像头、传感网络等，主要用于识别物体，采集信息；网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心等，主要用于传递和处理感知层获取的信息；应用层是物联网与各行各业专业技术的深度融合，与行业需求相结合，实现行业的智能化管理。

物联网产业链可以分为标识、感知、处理和信息传送4个环节，每个环节的关键技术分别为射频识别、传感器、智能芯片和无线传输网络。

物联网的实质就是利用射频识别技术RFID，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。

射频识别技术是一种能够让物品开口说话的技术。

在物联网忠，射频识别标签中存储着规范而具有互用性的信息，这些信息由无线通信网络采集到中央信息处理系统，实现物品的识别，进而通过开放性的计算机网络平台进行信息的交互和共享，从而实现智能管理。

工业是物联网应用的重要领域。

具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。

制造业供应链管理

物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。

空中客车（Airbus）通过在供应链体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

生产过程工艺优化

物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。

生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。

钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。

　　产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。

GEOil&Gas集团在全球建立了13个面向不同产品的i-Center，通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

环保监测及能源管理

物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。

在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。

电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。

工业安全生产管理

把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

以减少矿上事件多发的现状，能有效地保护矿产工作人员的人身安全。

工业是物联网应用的重要领域。

具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。

制造业供应链管理

物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。

空中客车（Airbus）通过在供应链体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系。

生产过程工艺优化

物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。

生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。

钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。

　　产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。

GEOil&Gas集团在全球建立了13个面向不同产品的i-Center，通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。

环保监测及能源管理

物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。

在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。

电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方案。

工业安全生产管理

把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。

以减少矿上事件多发的现状，能有效地保护矿产工作人员的人身安全。

为了满足石油开采的需求这里设计一种能够感知勘探石油钻井中“人员、机械、环境”安全状态信息的多功能物联网识别器。

识别器工作步骤：

1）对物体的属性进行标识，物体属性包括静态和动态，静态属性可以直接存储在标签当中，而动态属性需要先由传感器实时探测；

2）需要识别设备完成对物体属性的设置，并将信息转换为适合网络传输的信息数据格式；

3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（中心可能是分布式如家用电脑或手持PAD，也可以是集中的云计算中心），由处理中心完成对物体通信的相关统计及计算。

物联网在勘探及石油钻井中的应用分析及定位

勘探、石油及煤炭对我国的国民经济起着重要的支持作用，全国发电厂70%都是热电厂，需要大量的煤炭发电，所以其安全生产尤为重要。

物联网对开采资源时安全监督管理引入了新的理念、新的技术和新的方法。

把传感器嵌入到安全监控系统中，感知勘探、石油及煤炭生产中“人员、设备、机械和环境”等方面的各种状态信息，将现有的分散、独立、单一的网络监管平台升级为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现人与机械、环境等系统的整合，通过互联互动，从而保证安全生产，实现安全督管中：

物物相连、智能感知、物物互动、智慧城市“的设想。

其在该领域具体应用主要包括以下几个方面：

1）钻探设备。

实时传输钻探设备及系统中的探头、温度、深度、环境构造、湿度等信息，及时上传至总控制室做数据分析。

2）地面生产系统。

实时监控地面生产及运输系统中的传送带，机车，振动筛、水泵等主要地面生产设施的运行参数，情况及启动停止等的控制。

3）运输系统。

实时监控钻井及矿井上下运输系统的轨道、车辆、蓄电池、充放电装置等的工作情况和状态信息。

4）安全监控装置。

监测勘探井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气、风速、压力、温度、馈电状态、风门、风窗、风筒及风机的开停、工作电压、工作电流等，实现声光报警，断电和及时启动通风控制等。

5）通道立体网络图。

根据已采集到的信息数据，对地质岩层的综合构成进行分析，将采掘现状的剖面图与分布图叠加显示进行对比，判断开采情况或趋势。

6）抢险救险。

一旦发生意外险情，可根据事故类型和地点选择最佳线路，迅速调配抢险救护队伍和医疗设备。

二：

设计原理：

软硬件设计

根据以上分析，勘探石油环境使用的物联网读写器一方面要能够识别人或物体，另一方面需采集一些物理信号和环境参数，因此该多功能物联网读写器应具有无线射频识别和无线传感数据传输功能。

无线射频识别功能主要完成对人或物体的识别，它主要是对不同节点处的人或物体上的信号进行识别。

识别器接入网络后，其数据传输端口当服务器召测信号时将数据上传，同时具有数据存储的功能。

由于作业地区面积较大，无线网络数据不稳定等弊端，采用RS485、工业以太网或现场总线等方式与物联网接口进行通信，并通过其传输至互联网上。

物联网读写器主要结构如下图所示。

微处理器选用ARM9内核的C2440，射频识别模块选用RFM22，无线网络采用ZigBee模块选用CC2430。

1）微处理器C2440

C2440采用CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统的可靠稳定运行。

其主频为400MHz，最高可达到533MHz；具有SDRAM内存；同时具有FLASH存储器；具有1个10M以太网接口。

通过CS8900芯片接入以太网；具有3个串行接口；最后扩展一个CAN总线模块实现现场总线连接。

2）射频识别模块RFM22

RFM22是一款较先进的低成本射频收发模块，可提供240至930MHz的频率，并且拥有可调的输出功率，最大可以达到+20dBm。

其主要特性：

数据传输率为128kbit/s；超低能耗待机模式；唤醒无线电功能；自动频率控制；可配置数据包结构；前同步信号检测；64B收发数据寄存器；温度感应和8位A/D转换器；调制功能可选FSK、OOK两种模式。

物联网读写器将要发送的信息经过编码后加载在某一频率的载波信号上，经由天线向外辐射出去，进入物联网读写器工作区的电子标签接收到该脉冲信号，RFM22中的相关电路对该信号进行调制、解码、解密后对请求、密码及权限等进行判断。

逻辑控制电路则从存储器中读取有关的信息，经加密编码调制后通过该模块再发送回读写器，接收到信号后送至中央信息处理系统进行相关的数据处理。

3）无线网络ZigBee模块CC2430

采用CC2430及其相应的传感器电路实现物联网数据采集的无线通信功能。

CC2430包括一个增强型工业标准的8位C8051微控制器内核，运行时钟为22.1184MHz。

其核心模块式射频收发器，通过该模块实现节电与物联网读写器间的数据传送功能。

软件流程如下图所示。

三、实验结果分析：

勘探、石油及煤炭对我国的国民经济起着重要的支持作用，全国发电厂70%都是热电厂，需要大量的煤炭发电，所以其安全生产尤为重要。

物联网对开采资源时安全监督管理引入了新的理念、新的技术和新的方法。

把传感器嵌入到安全监控系统中，感知勘探、石油及煤炭生产中“人员、设备、机械和环境”等方面的各种状态信息，将现有的分散、独立、单一的网络监管平台升级为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现人与机械、环境等系统的整合，通过互联互动，从而保证安全生产，实现安全督管中：

物物相连、智能感知、物物互动、智慧城市的设想。