抽油机井大多都散布在地理位置偏僻、环境恶劣的区域，给作业人员对抽油机井的办理与维护作业形成困难。跟着信息技能在石油工业范畴的很多运用，抽油机井的实时监控体系大大改进了这一现状。选用低本钱、高功能、低功耗的微操控器以及无线传感技能来研发抽油机井实时监控体系，能够使体系具有更佳的功能。该体系能够让原油的挖掘愈加快捷安全和安稳高效。本体系能够实时地反响抽油机井的作业状况，及时发现并处理抽油机井在作业中呈现的毛病。选用该体系，能够有用进步设备的可靠性、减轻作业人员的作业量、下降采油本钱，极大地进步了出产功率。
1 整体方案规划
体系整体结构如图1所示，由6部分组成：现场传感器(压力传感器、温度传感器等)、传感器信号收集板、互感器模块、电量参数收集板、示功图收集模块、ZigBee通讯模块和上位机。
油压、油温、示功图以及电机的电力参数是抽油机井作业的重要参数，是抽油机井工况判别的根据。现场传感器将油温、油压等物理量转换成4～20 mA的电流信号后，输出给传感器信号收集板。示功图收集模块内部有加速度传感器和负荷传感器，收集的数据经过ZigBee无线方法，发送到传感器信号收集板。信号收集板经过继电器来操控抽油机启停。三相电压电流经过电压互感器模块后，由电量收集模块来收集。上位机运用Modbus通讯协议，选用RS485总线与电量收集板和传感器信号收集板进行通讯，以获取收集的数据和发送操控指令。Modbus是工业操控体系通讯中最遍及的协议，它具有兼容性好，可靠性高级优势。上位机软件能够显现电量参数、各个传感器的数据以及示功图;更改收集参数和操控抽油机的启停。
2 体系硬件规划
2.1 主控芯片选型
主控芯片挑选嵌入式处理器STM32F103RC，这是一款Cortex M3内核的32位单片机，有48KB SRAM、256KBFLASH，片上集成6个守时器、3个12位ADC、3个SPI、2个I%&&&&&%、5个串口等丰厚的外设，主频最快能够到达72 MHz。比较于其他的单片机，STM32系列具有更强壮的运算处理才能，更快的速度，运用起来愈加灵敏便利。
2.2 传感器信号收集板
图2为传感器信号收集板框图，由电源电路、信号调度电路、STM32及其外围电路、继电器及其驱动电路、RS485以及RS232通讯接口电路组成。
因为现场的环境恶劣，在传感器调度电路前端添加了起限流维护效果的保险丝，以及起静电维护效果的TVS管。采样电阻将传感器输出的4～20 mA的规范电流信号转换成STM32内部AD能够收集的电压信号。
开关信号的调度电路与电流信号调度电路类似，选用光耦阻隔进行电压阻隔维护，一起将外部开关信号的电压转换为芯片内部能够丈量的电压。
图3为STM32电路原理图，包括：复位电路、供电电路、发动形式挑选电路、滤波%&&&&&%等。PA4(20)、PA5(21)为引脚为内部ADC的输人通道。PC10(51)、PC11(52)引脚为内部USART4的输入输出通道，用来完成RS485通讯。PC12(53)、PD2(54)引脚为内部USART5的输入输出通道，用来完成与ZigBee通讯模块之间的RS232通讯。PC14(3)、PC15(4)引脚用来输出开关信号。
选用继电器来操控抽油机启停，其驱动电路如图4所示。STM32的IO引脚与PNP型三极管的集电极相连。以添加STM32的电流驱动才能。
2.3 三相电压电流转换板
电压电流转换板由电压互感器与电流采样电路组成。电流采样电路经过一个采样电阻将电流信号转换为电压信号。互感器能够起到降压以及阻隔维护的效果。电机的沟通电信号经过它的初级输入，进行电压改换后，由次级输出芯片能够丈量的电压。电流则经过采样电阻转换成电压信号。
2.4 电量参数收集板
电量收集板相同选用STM32作为主控芯片，运用CS5463专用电量丈量芯片别离丈量三相的电量参数，运用RS485通讯接口与上位机通讯。其结构框图如图5所示。
CS5463是美国CirrusLogic公司新近推出的单相双向功率/电能计量%&&&&&%芯片。能够丈量瞬时的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数等。其电路原理图如图6所示。
电量参数收集板上装备了三块CS5463，别离来收集三相电压电流。经过SPI方法与STM32通讯，一个CS5463内部包括有两个ADC，别离收集电压与电流。
2.5 ZigBee通讯模块
ZigBee通讯模块由CC2430及其外围电路、RS232通讯接口电路、收发天线组成。该模块由两节5 V电池供电。具有细巧灵敏等特色。CC24 30是一款TI公司出产的SOC芯片，CC2430芯片内部包括了一个DSSS无线射频前端，用于发送和接纳无线射频信号。为了愈加便利的完成Z-Sta ck协议栈，在片内集成了一个8位的8051内核。
2.6 示功图收集模块
示功图收集模块选用电池供电，安装在抽油机衔接杆上。内部包括一个加速度传感器和一个负荷传感器，将加速度信号进行二次积分得到位移，负荷传感器的信号即为载荷，守时将测得的数据经过ZigBee方法发送出去。
3 体系软件规划
