一种基于蓝牙的油田便携手抄器设备
技术领域
本发明涉及油田无线通信领域，尤其涉及一种采用蓝牙通信技术和Zigbee通信技术结合的蓝牙油田便携式手抄器，具体涉及智慧油田无线通信领域。
背景技术
近年来，随着油田开采量的不断增加，“数字油田”建设的不断推进，油田信息化建设得到了很大发展。各种生产信息系统的建立极大地方便了技术人员的日常工作，提高了安全生产的效率。其中出现了应用GPRS，GSM，数字电台采集这些数据的方法。但是经过一些油田的使用发现也存在许多问题。首先是这些设备造价昂贵，维护和运营费用高。
当前国内普遍采用的都是Zigbee技术的压力、载荷、无线电量、RTU等数据采集设备，对这些设备的巡检和维护也都是采用纯Zigbee手抄器来进行的，这些手抄器设备使用起来比较繁琐，设备体积也比较大，对于大量的现场使用来说效率不高，也无法实现数据中心对这些设备使用状态的的维护和管理。
发明内容
针对上述现有技术状况，本发明开发一种基于蓝牙的油田便携手抄器设备。这种基于蓝牙的油田便携手抄器设备采用蓝牙和Zigbee技术相结合并采用配套的手机APP进行操作，同时使用可充锂离子电池进行供电的方案。其中设备的Zigbee模块与油田设备进行通信将数据通过蓝牙模块传输到手机APP进行显示和存储，并将需要的信息上传到油田监控数据中心进行监控和管理。
本发明采取的技术方案是：一种基于蓝牙的油田便携手抄器设备，其特征在于，所述设备包括手抄器和手机APP，手抄器包括用于Zigbee数据传输的Zigbee模块、用于蓝牙数据传输的蓝牙模块、用于锂电池充电管理的电源模块，手机APP用于界面操作和数据上传；其中手机APP与蓝牙模块连接，蓝牙模块通过串口与Zigbee模块连接，Zigbee模块与油田设备连接，电源模块分别连接Zigbee模块、蓝牙模块以及按键和指示灯。
所述Zigbee模块采用型号为XBee-PRO模块U4，蓝牙模块采用型号为HC-02模块U3，模块U3的TXD管脚和RXD管脚分别连接到模块U4的DOUT管脚和DIN管脚；模块U3的RST管脚通过电阻R5接3.3V电压，电容C11、电容C12的一端接3.3V电压，另一端接地；模块U3的18脚连接2pin插针J2，并通过电阻R8连接到3.3V电压；模块U3的16脚通过电阻R13接指示灯LED5；模块U4的RST管脚通过电阻R7接3.3V电压，电容C8、电容C9、电容C10的一端接3.3V电压，另一端接地；模块U4的36脚接Zigbee天线焊盘J4的1脚，Zigbee天线焊盘J4的2脚接地。
所述电源模块采用型号为ZS6599的充电管理芯片U1和型号为LP38692的LDO芯片U2；电源芯片U1的OUT管脚和SYS管脚接电源开关SW1的4管脚，并分别通过电容C3、电容C4接到电源芯片U1的OUTN管脚，然后同时接地；电源开关SW1的1管脚和2管脚都接到地，电源开关SW1的3管脚连接到LDO芯片U2的VIN管脚和EN管脚；电源芯片U1的TAP管脚接指示灯显示按键SW2的3管脚，指示灯显示按键SW2的1管脚、2管脚、4管脚都接到地；LED4管脚、LED3管脚、LED2管脚、LED1管脚分别通过电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12接电量指示灯LED1、电量指示灯LED2、电量指示灯LED3、电量指示灯LED4，然后分别接地；电源芯片U1的WLED管脚和PGND管脚连接后接地；电源芯片U1的16管脚连接Micro-USB接口J1的1脚，并通过电容C1与Micro-USB接口J1的4脚、5脚连接后接地；电源芯片U1的3管脚通过电感L1与7管脚连接，然后通过电阻R3与8管脚同时接锂电池J3的一端，再通过电容C7接锂电池J3的另一端后接地；电源芯片U1的3管脚又连接MOS管VT1的D端，MOS管VT1的S端接到地，电源芯片U1的5管脚连接MOS管VT1的G端。
所述LDO芯片U2的VIN管脚和EN管脚接电源开关SW1的3管脚，然后分别通过电容C5、电容C2接地；LDO芯片U2的3管脚通过电阻R1与ADJ管脚连接，然后通过电阻R2接地，同时LDO芯片U2的3管脚又通过电容C6与GND管脚连接后接地。
手机APP执行以下操作：首先判断是否已用APP连接设备，如果是，则开放功能模块各项操作；如果不是，则禁用开放功能模块各项操作；然后判断是否点击连接按钮，如果不是，则返回上一步；如果是，接下来判断是否已启动蓝牙，如果不是，则再判断是否启动蓝牙；如果是，则打开设备搜索窗口，结果显示在窗口面板；接下来判断是否点击取消或返回按钮，如果是，接着判断扫描是否结束，如果是，则关闭搜索设备窗口；同时还进一步判断是否点击搜索到的设备进行连接，如果是，接下来判断连接是否成功，如果是，则设置数据最大传输单元Mtu，进一步获取设备服务和各特征参数的通用唯一识别码uuid；然后开放功能模块各项操作，可向已连接的设备进行参数读取和写入，即发送数据。
本设备包括便携手抄器和配套的手机APP，其中手抄器可以与现有的油田设备通过Zigbee相连接，也可以通过蓝牙与手机进行连接，从而实现手机与油田设备的数据通信，而配套的手机APP可以以方便的操作界面对油田设备进行数据采集、参数的读取写入、程序升级等功能，也可以通过手机的4G或者WIFI网络将需要的信息上报到油田监控中心对设备进行管理。区别于传统的、现存的通过Zigbee方式的手抄器，通过蓝牙结合手机APP的方式对油田的压力以及载荷系统进行参数的读取、写入和程序的升级有着很好的易用性，其便携的体积也方便携带，适合油田设备的现场维护和管理。
本发明所产生的有益效果是：
一、采用本设备操作方便，使用手机APP就可以完成全部的操作，用户界面友好，数据显示简洁清晰。
二、可以通过手机网络将关键数据上传到油田监控数据中心，并存入数据库中，方便对设备的管理和维护，可以通过大数据的方式更好进行巡检和维护提高工作效率。
三、采用可充电锂离子电池供电，可以通过USB对设备进行充电，方便灵活。
四、本设备体积小巧重量轻，没有携带和使用的负担，放在上衣口袋即可。
ZIGBEE 技术的出现和成熟使以上这些问题得到较好的解决，利用Zigbee技术能够实现油井生产数据的自动采集、传输和展示，具有便携、低价格、低功耗以及高稳定性等优点，这些优点使得其在油田数字化中的应用具有非常大的优势。
附图说明
图1为本发明工作示意图；
图2为本发明的原理框图；
图3为图2中电源模块原理图；
图4为图2中蓝牙模块原理图；
图5为图2中Zigbee模块原理图；
图6为手机APP系统架构图；
图7为手机APP流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1，本设备通过Zigbee数据传输模块与油田系统的压力、载荷以及
RTU设备等使用Zigbee进行无线通讯的设备进行连接，通过蓝牙数据传输模块与智能手机的蓝牙配对连接，通过智能手机中的专用APP完成油田设备的数据采集、参数读取写入、程序的升级功能以及通过智能手机的4G或者WIFI网络向油田数据中心上报等功能。
参照图2，基于蓝牙的油田便携手抄器设备包括手抄器和手机APP，手抄器包括用于Zigbee数据传输的Zigbee模块、用于蓝牙数据传输的蓝牙模块、用于锂电池充电管理的电源模块，手机APP用于界面操作和数据上传；其中手机APP与蓝牙模块连接，蓝牙模块通过串口与Zigbee模块连接，Zigbee模块与油田设备连接，电源模块分别连接Zigbee模块、蓝牙模块以及按键和指示灯。
手机APP通过蓝牙与手抄器进行连接，将数据采集命令、设置参数或者程序文件通过蓝牙模块HC-02的串口发送给Zigbee数据传输模块XBee-PRO，其中手抄器的Zigbee数据传输模块XBee-PRO已经通过Zigbee与油田设备进行连接，将数据采集命令、设置参数或者程序文件通过Zigbee无线传输给油田设备，接收到数据采集命令、设置参数或者升级程序并完成相应设置后油田设备会有返回数据通过Zigbee传输给手抄器的Zigbee模块XBee-PRO，Zigbee模块XBee-PRO通过串口将数据传输给蓝牙模块HC-02，蓝牙模块HC-02通过蓝牙将数据传输到手机APP，手机APP进行显示和存储，并将需要的数据通过手机的4G或者WIFI网络上传到油田监控数据中心进行管理。设备的供电采用可充电锂离子电池并且采用充电管理ZS6599芯片对电池的充电和放电进行管理，保证设备的正常安全运行。
参照图3，电源模块采用型号为ZS6599的充电管理芯片U1和型号为LP38692的LDO芯片U2；电源芯片U1的OUT管脚和SYS管脚接到电源开关SW1的管脚4，OUTN管脚分别通过电容C3、电容C4接电源开关SW1的4管脚，然后同时接地；电源芯片U1的TAP管脚接指示灯显示按键；LED4管脚、LED3管脚、LED2管脚、LED1管脚分别通过电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12接电量指示灯LED1、电量指示灯LED2、电量指示灯LED3、电量指示灯LED4，然后分别接地；电源芯片U1的WLED管脚和PGND管脚连接后接地；电源芯片U1的16管脚连接Micro-USB接口J1的1脚，并通过电容C1与Micro-USB接口J1的4脚、5脚连接后接地；电源芯片U1的3管脚通过电感L1与7管脚连接，然后通过电阻R3与8管脚同时接锂电池J3的一端，再通过电容C7接锂电池J3的另一端后接地；电源芯片U1的3管脚又连接MOS管VT1的D端， MOS管VT1的S端接地，电源芯片U1的5管脚连接MOS管VT1的G端。
所述LDO芯片U2的VIN管脚和EN管脚接电源开关SW1的3管脚，然后分别通过电容C5、电容C2接地；LDO芯片U2的3管脚通过电阻R1与ADJ管脚连接，然后通过电阻R2接地，同时LDO芯片U2的3管脚又通过电容C6与GND管脚连接后接地。
ZS6599芯片集成了锂电池充电管理、DC-DC升压限流、电池电量显示以及按键控制为一体，通过Micro_USB口对设备的锂电池进行充电，集成了包括涓流充电、恒流充电和恒压充电全过程的充电方式，浮充电压精度在全温度范围内可达1%；内部的DC-DC可以将设备锂离子电池的电压升高到5V，供设备使用具有90%以上的升压转换效率；同时配置了4个LED恒流驱动端口，通过按键的触发智能显示电量。因为蓝牙模块和Zigbee模块都需要3.3V供电，所以使用LP38692芯片将5V转换为3.3V为模块进行供电。
参照图4和图5，所述Zigbee模块采用型号为XBee-PRO模块U4，蓝牙模块采用型号为HC-02模块U3，模块U3的TXD管脚和RXD管脚分别连接到模块U4的DOUT管脚和DIN管脚；模块U3的RST管脚通过电阻R5接3.3V电压，电容C11、电容C12的一端接3.3V电压，另一端接地；模块U3的18脚连接2pin插针J2，并通过电阻R8连接到3.3V电压；模块U3的16脚通过电阻R13接指示灯LED5；模块U4的RST管脚通过电阻R7接3.3V电压，电容C8、电容C9、电容C10的一端接3.3V电压，另一端接地；模块U4的36脚接Zigbee天线焊盘J4的1脚，Zigbee天线焊盘J4的2脚接地。
本设备的蓝牙模块采用汇承的HC02蓝牙串口模块具有高稳定性、超低功耗和工业级环境使用的特点。通过串口TTL电平与ZIgbee模块进行连接通信，并通过蓝牙模块自带的PCB天线与手机进行配对连接作为蓝牙串口使用。
本设备的Zigbee模块，采用DIGI的XBee-PRO Zigbee模块。通过串口TTL电平与蓝牙模块进行连接通信，并通过外置的Zigbee天线与油田设备的Zigbee设备进行组网连接。
参照图6，为配套手机APP的系统架构，主要包括APP客户端、应用服务器和第三方服务器三个部分。其中APP客户端为应用的主体实现主要的功能，开发工具为wex5；应用服务器主要后端数据库的连接和实现；第三方服务器是实现地图功能的接入。
参照图7，是手机APP的详细流程图，描述了手机APP的具体功能实现。手机APP执行以下操作：首先判断是否已用APP连接设备，如果是，则开放功能模块各项操作；如果不是，则禁用开放功能模块各项操作；然后判断是否点击连接按钮，如果不是，则返回上一步；如果是，接下来判断是否已启动蓝牙，如果不是，则再判断是否启动蓝牙；如果是，则打开设备搜索窗口，结果显示在窗口面板；接下来判断是否点击取消或返回按钮，如果是，接着判断扫描是否结束，如果是，则关闭搜索设备窗口；同时还进一步判断是否点击搜索到的设备进行连接，如果是，接下来判断连接是否成功，如果是，则设置数据最大传输单元Mtu，进一步获取设备服务和各特征参数的通用唯一识别码uuid；然后开放功能模块各项操作，可向已连接的设备进行参数读取和写入，即发送数据。
