針對中國輸油管道現場具體情況，設計一套基于嵌入式ARM-Linux和LabVIEW的分布式管道泄漏監測系統，包括遠程測控終端(RTU)、監測PC以及工業局域網。詳細論述了系統架構、硬件組成、軟件流程等。通過實際開發與應用，證明此設計完全適用于輸油管道特殊現場，不僅降低了成本與功耗，還提高了效率，為長距離石油管道運輸系統正常良好地運行提供了有力的技術支持。

輸油管道泄漏監測技術是當今石油化工領域科研工作者研究的熱門課題[1]。目前，輸油管道現場應用的泄漏監測系統存在各種問題。首先，現場很多站點正在使用太陽能閥室設計，而廣泛使用于全國各地輸油管道監測系統中的基于PC的采集傳輸設備,因其高功耗、高成本的缺點不適合在太陽能閥室中應用。其次，許多現場管道為分布式網絡布局，一個站點可能安置了多個測量節點，并且在主站有多個監控PC獲得現場數據進行監測，很多監測系統的多通道采集和多用戶處理能力達不到滿意要求。再次，由于一些現場會使用電話線撥號網絡或微波無線網絡，帶寬和穩定性無法達到正常網絡環境要求，很多現場設備因經常出現數據丟失的情況而不能對泄漏發生做出及時判斷定位。所以針對這種情況需要應用一些專門機制來保證網絡通信的實時性和完整性，為輸油管道泄漏監測與定位提供準確的數據來源。為解決上述泄漏監測系統的問題，設計了一套基于ARM的分布式管道泄漏監測系統。

在當今嵌入式應用領域，ARM由于性價比、功耗、可靠性在同類產品中非常突出，尤其是結合開源的嵌入式Linux操作系統以后,得到了越來越多設計者的青睞[2]。在本輸油管道泄漏監測設計中，遠程測控終端(RTU)采用ARM和嵌入式Linux的方案,監控PC采用LabVIEW圖形編程方案，所有節點通過基于TCP/IP協議的局域網進行通信。

1 系統概述

管道泄漏檢測系統采用分布式網絡結構，由多個主站監測PC和多個從站遠程測控終端(RTU)組成。圖1是分布式管道泄漏監測系統結構示意圖。

系統基于負壓波原理，通過安裝在各個管道測量節點的壓力變送器測得壓力變化情況,并通過從站RTU將各個節點信號數據傳送給主站監測PC。當管道網絡中某段發生破裂時, 主站監測PC能立即接收到管段內輸送介質泄漏瞬間所產生的泄漏信號, 通過比較數據庫中的模型來確定管道是否發生泄漏，利用管道兩端節點RTU傳送信號的時差確定泄漏位置。多個主站監測PC可同時監測整個管道網絡的狀態。

2 系統硬件組成原理

2.1 RTU硬件組成原理

S3C2440是SAMSUNG公司生產的一款基于ARM920T內核的32位RISC微處理器,其具有低功耗、高速的處理計算能力，負責控制整個RTU。以太網控制器通過隔離器高速、穩定地將系統接入局域網。GPS校時模塊把導航信息通過UART總線傳送至S3C2440芯片，利用秒脈沖中斷實現RTU自動高精度時鐘同步。由于S3C2440已經集成了SD模塊，直接外接SD物理層接口實現本地數據儲存功能。

根據系統要求設計的RTU系統框圖如圖2所示。

2.2 A/D模塊硬件設計

RTU工作時，首先由信號調理單元電路獲取壓力變送器采集到的電流信號,經由光電隔離芯片和數字濾波器得到適合于模/數轉換器（ADC）的輸出。模/數轉換器(ADC)采用一款內置序列器的4通道、200 kS/s、12 bit AD7923芯片。AD7923芯片由AD780芯片提供2.5 V參考電壓。該A/D模塊通過SPI總線將轉換后的數字信號傳送給ARM核心控制模塊進一步處理。A/D模塊接口電路如圖3所示。