專利名稱：一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油測(cè)井儀，尤其涉及一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油測(cè)井儀器中，井下電路間的數(shù)據(jù)交互多采用RS232、RS485、SPI通訊方式實(shí)現(xiàn)。上述通訊方式數(shù)據(jù)傳輸中缺乏完善的通訊校正機(jī)制，傳輸?shù)臏?zhǔn)確性不高，且通訊速率普遍降低。在油田測(cè)井電纜數(shù)據(jù)傳輸中，很多種儀器都采用曼徹斯特碼將所采集的大量信息傳送給地面測(cè)井系統(tǒng)。曼徹斯特編碼是串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要的編碼方式，具有很好的抗干擾性能，通常情況下通過HD15530曼徹斯特碼編譯碼器來實(shí)現(xiàn)。由于國外HD15530生產(chǎn)廠家限產(chǎn)，國內(nèi)該芯片價(jià)格昂貴，致使目前測(cè)井儀器制造和維護(hù)成本增加，另外，采用專 用曼碼解碼芯片的系統(tǒng)，存在系統(tǒng)功能單一、集成度不高，功耗較大，兼容性較差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明提供了一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，井下采集板通過CAN總線與井下遙測(cè)板連接，井下遙測(cè)板與地面通訊板通過變壓器耦合傳輸方式連接。在一個(gè)示例中，井下采集板與井下遙測(cè)板設(shè)置有CAN隔離與驅(qū)動(dòng)模塊。在一個(gè)示例中，CAN隔離與驅(qū)動(dòng)模塊包括順次連接的TMS320F2812芯片、ADuM1201芯片以及PCA82C250芯片，PCA82C250芯片接入CAN總線。在一個(gè)示例中，井下遙測(cè)板包括數(shù)據(jù)處理模塊，編碼處理模塊，解碼處理模塊，調(diào)制解調(diào)電路模塊和通訊總線變壓器，數(shù)據(jù)處理模塊、編碼處理模塊和解碼處理模塊由DSP芯片實(shí)現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)電路模塊分別與DSP芯片和通訊總線變壓器連接，通訊總線變壓器接A MIL-STD-1553B 數(shù)據(jù)總線。在一個(gè)示例中，地面通訊板還通過USB接口與個(gè)人電腦連接。在一個(gè)示例中，地面通訊板包括EZ-USBFX2芯片，EZ-USBFX2芯片與AcexlK30芯片連接。在一個(gè)示例中，ADuM1201芯片使用的兩組電源通過DC-DC電路隔離。在一個(gè)示例中，MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議采用曼徹斯特碼。在一個(gè)示例中，編碼處理模塊和解碼處理模塊用于完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)的串并和并串轉(zhuǎn)換、同步頭的產(chǎn)生與檢測(cè)、地址識(shí)別以及錯(cuò)誤檢測(cè)。在一個(gè)示例中，如果幀同步頭的前I. 5位和后I. 5位極性相反，則判定緊跟的兩個(gè)半位曼切斯特碼的極性是否相同，如果不同則這兩個(gè)半位曼切斯特碼后面的跟的是數(shù)據(jù)碼，否則丟棄同步頭的前I. 5位，并重新檢測(cè)同步頭。本發(fā)明設(shè)計(jì)中，將具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)CAN總線通訊協(xié)議，應(yīng)用于井下采集板間的數(shù)據(jù)通訊，保證了通訊具有極好的檢錯(cuò)效果和極低的出錯(cuò)率。采用多主的工作方式，實(shí)現(xiàn)了廣播和分布多種通訊方式，通訊速率高。本發(fā)明介紹一種基于TMS320F2812 DSP芯片，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議的Manchester編碼 格式編碼和解碼的方法。可以取代專用的曼徹斯特碼編解碼芯片HD15530，降低了儀器制造和維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。在硬件不變的條件下，通過軟件設(shè)置，可與各種曼碼遙測(cè)短節(jié)實(shí)現(xiàn)通訊接口，具有較好的兼容性。地面遙測(cè)與計(jì)算機(jī)間用USB接口實(shí)現(xiàn)，便于設(shè)備與計(jì)算機(jī)的接口，提高數(shù)據(jù)傳輸速度。設(shè)計(jì)方案滿足油田井下數(shù)據(jù)通訊實(shí)際。


下面結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖I是石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是井下通信中的隔離示意圖；圖3是井下遙測(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a和圖4b是曼徹斯特編碼波形圖；圖5a-圖5f是曼切斯特編碼信息幀同步頭波形圖；圖6是信息幀同步頭分解圖；圖7a-圖7d是總線數(shù)據(jù)譯碼波形圖；圖8是FX2與FPGA的硬件連接示意圖。
具體實(shí)施例方式石油測(cè)井儀電路結(jié)構(gòu)分為井上和井下兩大部分，井上部分主要包括地面通訊系統(tǒng)，供電系統(tǒng)以及上位機(jī)操作軟件，井下部分主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，井下遙測(cè)通訊模塊以及電源轉(zhuǎn)換模塊。測(cè)井儀的數(shù)據(jù)傳輸包括井下數(shù)據(jù)采集模塊間的數(shù)據(jù)通訊、井下通訊模塊與地面遙測(cè)系統(tǒng)間通訊及地面系統(tǒng)與PC機(jī)通訊三部分組成。本發(fā)明提出的通訊解決方案是井下遙測(cè)板與數(shù)據(jù)采集板之間通過CAN總線結(jié)構(gòu)，采用主從分布式測(cè)控系統(tǒng)。井下遙測(cè)板與地面通訊部分采用變壓器耦合傳輸方式，將井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娼邮障到y(tǒng)。地面系統(tǒng)與PC機(jī)間選擇USB接口通訊實(shí)現(xiàn)。如圖I所示。CAN總線是到目前為止唯一有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，具有突出的靈活性、可靠性和實(shí)時(shí)性。其特點(diǎn)直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)到IOkm ;通訊最高速率可達(dá)到IMbps ;采用多主的工作方式，通過對(duì)報(bào)文的標(biāo)志符濾波可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等多種數(shù)據(jù)通訊方式；采用非破壞的總線仲裁技術(shù)；報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，受干擾率極低；每幀信息都有CRC校驗(yàn)，具有極好的檢錯(cuò)效果和極低的出錯(cuò)率。常規(guī)井下數(shù)據(jù)采集及通信一般選擇RS485、RS232協(xié)議實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明中，為保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和高速的傳輸效率，選擇現(xiàn)場(chǎng)通訊總線CAN協(xié)議模式完成井下采集板間的數(shù)據(jù)通信。其中，井下通訊板為CAN網(wǎng)絡(luò)主控設(shè)備，各個(gè)采集點(diǎn)作為CAN節(jié)點(diǎn)，采用廣播式下傳上位機(jī)命令，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以選擇相同ID號(hào)，同步接收由地面系統(tǒng)下傳的命令。采用分布式接收采集接收機(jī)采集數(shù)據(jù)，通過配置不同的ID號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)不同CAN節(jié)點(diǎn)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。主從分布構(gòu)建測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。各個(gè)站點(diǎn)采用有線連接，平衡傳輸方式。
在CAN總線智能節(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)中，采用TMS320F2812作為微處理器，該芯片是32位定點(diǎn)型DSP芯片，片上集成ECAN解碼電路模塊。ECAN模塊是增強(qiáng)型CAN控制器，是TI公司新一代32位高級(jí)CAN控制器，性能相當(dāng)于TI公司TMS470系列微控制器使用的高端CAN控制器(HECC，High-end CAN Controller)。它完全兼容CAN2. OB協(xié)議，可以在有干擾的環(huán)境里使用上述協(xié)議與其他控制器串行通信。采用TMS320F2812中集成了 CAN總線控制器TMS470。電路設(shè)計(jì)中的PCA82C250是CAN控制器與總線之間的物理接口，它可以提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力，抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)設(shè)限流電路可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載的短路。另外，使用PCA82C250可以增長通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，如圖2所示。應(yīng)用ADUM1201實(shí)現(xiàn)了 CAN總線節(jié)點(diǎn)與控制機(jī)DSP之間的電氣隔離。ADuM1201是ADI公司推出的新產(chǎn)品，它在電氣隔離上所采用技術(shù)是變壓器隔離，通過使用晶片級(jí)制造工藝直接在芯片上制造iCouple變壓器，取代常規(guī)光電耦合器。采用雙轉(zhuǎn)化通道，兩通道方向相反的特殊結(jié)構(gòu)，非常適合于CAN總線信號(hào)的傳輸，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)；同時(shí)，由I個(gè)隔離芯片代替以往的2個(gè)，大大增加了通道間的匹配程度，使系統(tǒng)獲得更好的隔離性能。電路設(shè)計(jì)中需要注意ADuM1201的左側(cè)電源端口 VDDl、GNDl與DSP芯片的DSP_3. 3V和數(shù)字地VSS(DSP_GND)相連，另一組電源端VDD2、GND2與CAN總線電源的CAN_VCC和CAN_GND相連，兩組電源通過DC-DC隔離，從而使得CAN總線控制器與CAN總線之間完全隔離。TMS320F2812的接收端CANRXA與ADuM1201的VOA端連接，TMS320F2812的發(fā)送端CANTXA與ADuMl201的VIB端連接，ADuMl201的VIA端與PCA82C250接收端RXD連接，ADuMl201的VOB端與PCA82C250發(fā)送端TXD連接，ADuMl201的CAN_H端和CAN_L端接入CAN總線。曼徹斯特(Manchester)碼又稱數(shù)字雙相碼，由于其存在很強(qiáng)的定時(shí)分量，不存在直流分量，具有自同步能力和良好的抗干擾性能，被廣泛應(yīng)用于石油測(cè)井儀器中，實(shí)現(xiàn)井下采集系統(tǒng)和地面接收系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。本文介紹一種基于TMS320F2812 DSP芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議的Manchester編碼格式編碼和解碼的方法，很好地解決了測(cè)井儀高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性。如圖所示，通信系統(tǒng)選用TMS320F2812芯片，它時(shí)TI公司最新推出的DSP芯片，是目前國際市場(chǎng)上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的32位定點(diǎn)DSP芯片，時(shí)鐘頻率能達(dá)到150MHz。它既具有數(shù)字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能。在系統(tǒng)中，DSP用于執(zhí)行通訊協(xié)議，接收總線上的曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的格式發(fā)送曼徹斯特II型編碼的數(shù)據(jù)、狀態(tài)或命令字，實(shí)現(xiàn)總線和終端的連接通道的接口功能，以及控制測(cè)井儀器通訊系統(tǒng)的地面部分。其中，曼徹斯特碼編解碼器采用DSP片上定時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)，用于完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、曼徹斯特碼的調(diào)制與解調(diào)、數(shù)據(jù)的串并和并串轉(zhuǎn)換、同步頭的產(chǎn)生與檢測(cè)、地址識(shí)別以及錯(cuò)誤檢測(cè)等功能。基于MIL-STD-1553B編碼格式的Manchester碼其信息幀格式，每位占用時(shí)間lus，由20位組成。其I 3位為同步字頭，用于表示幀類型，標(biāo)識(shí)幀的開始。如果前I. 5位為高電平，后I. 5位為低電平時(shí)表示此巾貞為命令/狀態(tài)字，前I. 5位為低電平,后I. 5位為高電平時(shí)表示為數(shù)據(jù)字，解碼器也可利用同步字頭提取位同步信息。其中4 19位為待編碼數(shù)據(jù)，第20位為校驗(yàn)位，對(duì)4 19位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。整個(gè)曼徹斯特編碼與解碼的過程中，根據(jù)總線協(xié)議設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)模塊時(shí)鐘模塊Clk,數(shù)據(jù)移位寄存器Data,位計(jì)數(shù)寄存器Count,分頻計(jì)數(shù)器Feq,奇偶檢驗(yàn)位P。由于本地系統(tǒng)時(shí)鐘Clk為數(shù)據(jù)傳輸率的150倍，所以在DSP中設(shè)置定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)編解碼所需的準(zhǔn)確時(shí)鐘，其時(shí)鐘周期為數(shù)據(jù)位編解碼周期的1/20。應(yīng)用分頻計(jì)數(shù)器Feq對(duì)時(shí)鐘周期進(jìn)行分頻，計(jì)數(shù)到20則清零重新開始計(jì)數(shù)。前10個(gè)計(jì)數(shù)表示數(shù)據(jù)位的前0. 5bit，后10個(gè)計(jì)數(shù)表示數(shù)據(jù)位的后0. 5bit。曼徹斯特碼編碼的過程是指DSP編碼模塊從DSP程序模塊接收16位的數(shù)據(jù)、指令和狀態(tài)字，并以IMb曼徹斯特II型編碼串行數(shù)據(jù)發(fā)送到總線。編碼模塊完成包括發(fā)送控制、同步數(shù)據(jù)編碼、奇偶產(chǎn)生等功能，經(jīng)過74ALVC164245完成電平變換后被送到通訊變壓器模塊。根據(jù)總線協(xié)議，同步位的寬度應(yīng)為三個(gè)數(shù)據(jù)位，如果信息幀為命令字，則前一個(gè)半位的波形為正，后一個(gè)半波形為負(fù)，如果信息幀為數(shù)據(jù)字，則與命令字波形相反，所以幀的同步頭占用三位數(shù)據(jù)位，共60個(gè)時(shí)鐘周期。前15個(gè)時(shí)鐘周期為I (或0)，后15個(gè)時(shí)鐘周期為0(或I)。位計(jì)數(shù)器的I 3表示同步位。接著同步頭之后就是數(shù)據(jù)字的編碼，每個(gè)數(shù)據(jù)碼元(一個(gè)bit)間隔的中點(diǎn)以下降沿代表數(shù)據(jù)“ I ”，上升沿代表數(shù)據(jù)“O”。移位寄存器的最低位表示當(dāng)前待編碼數(shù)據(jù)位，只能每20個(gè)時(shí)鐘周期移位一次。位計(jì)數(shù)值為4 19且分頻計(jì)數(shù)器Feq值為零的時(shí)候讀入移位寄存器的最低位，輸出相應(yīng)的波形，分頻計(jì)數(shù)器Feq值為10的時(shí)候?qū)敵霾ㄐ芜M(jìn)行跳變，以產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的跳變沿。當(dāng)位計(jì)數(shù)器值累加到19時(shí)表明十八位數(shù)據(jù)完成編碼。奇偶校驗(yàn)位位于信息幀的第20位。在十八位數(shù)據(jù)編碼結(jié)束之后，奇偶校驗(yàn)位已經(jīng)根據(jù)移位寄存器的十八次移位數(shù)據(jù)計(jì)算出校驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果輸出相應(yīng)的跳變波形。圖4a和圖4b顯示了曼徹斯特碼波形。曼徹斯特碼解碼的過程是DSP解碼模塊接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收曼徹斯特編碼的串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)同步頭檢出、數(shù)據(jù)檢出、奇偶檢測(cè)，將處理后的數(shù)據(jù)送入DSP程序模塊進(jìn)行分析。接收數(shù)據(jù)是采用采樣判定的方法來實(shí)現(xiàn)的。即用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，在同一極性的情況下，計(jì)數(shù)到一個(gè)設(shè)定的值時(shí)確定半位曼徹斯特碼的極性。不同極性的曼徹斯特碼組合形成完整的信息中貞。同步頭包括三位數(shù)據(jù)位，前I. 5位與后I. 5位極性相反。在實(shí)際的波形監(jiān)測(cè)中得到以下六種信息幀的同步頭，如圖5a-圖5f所示。圖5a_圖5c表示命令幀的三種同步頭，圖5d_圖5f表示數(shù)據(jù)幀的三種同步頭。在波形監(jiān)測(cè)中，如果只判斷圖5c和圖5f波形不是幀的同步頭，那就會(huì)丟失信息，也有可能造成對(duì)信息幀類型判斷失誤。根據(jù)曼徹斯特碼的碼型特征可知，偵測(cè)同步頭的關(guān)鍵是如何識(shí)別曼徹斯特碼的前
I.5位和后I. 5反極性位。以上圖5c為例,介紹問題的解決方法。
在圖6中，Clk表示計(jì)數(shù)器溢出所產(chǎn)生的編碼時(shí)鐘，時(shí)鐘周期是其十倍，曼徹斯特碼至少包含三個(gè)I. 5位的相鄰極性相反的同步碼。在編碼時(shí)鐘上對(duì)曼徹斯特碼每半位進(jìn)行標(biāo)不。第一步，當(dāng)監(jiān)測(cè)到圖中的1、2、3半位相同極性的曼徹斯特碼以及4、5、6半位反極性馬氏時(shí)，初步判定它們?yōu)閹筋^的前I. 5位和后I. 5位，如果緊跟的兩個(gè)半位曼徹斯特碼極性不同，則說明其后面緊隨的是數(shù)據(jù)碼，符合曼徹斯特碼編碼協(xié)議，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)碼的接收。但如果緊跟的兩個(gè)半位曼徹斯特碼極性相同，那么就不符合曼徹斯特碼編碼的規(guī)則了，如圖中的7、8半位，一些編碼芯片對(duì)其檢測(cè)產(chǎn)生錯(cuò)誤，造成數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。在本設(shè)計(jì)中，遇到7、8半位相同的情況時(shí)，丟棄初始判斷的前I. 5位，把4、5、6半位重新設(shè)置位前I. 5位第二步，繼續(xù)對(duì)第9半位進(jìn)行檢測(cè)。如果9與7、8極性不同的話，則退出此次同步頭的假設(shè)，重新開始幀同步頭前I. 5位的檢測(cè)。如果7、8、9半位極性相同，則4、5、6、7、8、9又組成了一個(gè)幀同步頭，回到了第一步遇到的情況。再次檢測(cè)10、11兩個(gè)半位的極性，如果相反的話進(jìn)入數(shù)據(jù)碼接收，相同的話重新開始第二步。
第三步，在運(yùn)行完以上兩步之后，得到了信息幀的一個(gè)同步頭，其后緊跟的數(shù)據(jù)碼。根據(jù)同步頭中前I. 5位與后I. 5位的極性，可以確定信息幀的類型。在同步頭檢測(cè)到之后，之后緊接的就是數(shù)據(jù)碼，任何兩位數(shù)據(jù)的組合結(jié)果只有四種00，01，10，11 ;從波形上看，它會(huì)出四種情況，如圖7a-圖7d所示。由圖7a-圖7d可以看出，此時(shí)只可能有兩種的波形寬度一個(gè)位和半個(gè)位寬度，所以由于計(jì)數(shù)的時(shí)鐘是數(shù)據(jù)位編碼的20倍，所以相應(yīng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值的范圍是8 12和18 22之間。所以，只要得到的數(shù)據(jù)位計(jì)數(shù)值滿足以上兩個(gè)寬度范圍，則認(rèn)為數(shù)據(jù)格式正確，接收的數(shù)據(jù)有效，完成了數(shù)據(jù)同步接收。對(duì)每一幀數(shù)據(jù)，在接收完十六位數(shù)據(jù)之后，最后一位為奇偶校驗(yàn)值，如果數(shù)據(jù)接收過程沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，則數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)值與接收到的值相對(duì)應(yīng)。在批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，加入循環(huán)冗余校驗(yàn)算法，對(duì)串行數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。它是利用除法及余數(shù)的原理來作錯(cuò)誤偵測(cè)(Error Detecting)的，校驗(yàn)檢錯(cuò)能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用最廣的檢錯(cuò)碼編碼方式之一。循環(huán)冗余碼校驗(yàn)法有兩種校驗(yàn)方法，按位計(jì)算法和查表法。按位計(jì)算CRC雖然代碼簡(jiǎn)單，所占用的內(nèi)存比較少，但其最大的缺點(diǎn)就是位計(jì)算會(huì)占用處理器資源。而使用查表法，可生成16位CRC校驗(yàn)碼表，數(shù)據(jù)運(yùn)算量小，速度快。在本設(shè)計(jì)中，在DSP芯片具有足夠的內(nèi)存空間情況下，采用查表法來實(shí)現(xiàn)循環(huán)冗余碼校驗(yàn)，以優(yōu)化微處理芯片資源配置。以下數(shù)據(jù)就是數(shù)據(jù)校驗(yàn)完的結(jié)果OxAA OxFE 0x03 0x55 0x40 0x00 0xE9 0x01 0x00 0x33 0x5A OxAO0x150x25 ；OxAA OxFE 0x03 0x56 0x80 0x00 OxOF 0x02 0x00 0x39 OxOA 0x50 0x6A0xCD ；以上兩組數(shù)據(jù)中，前12個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)，后面緊跟的2個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)碼，接收端在接收校驗(yàn)時(shí)，采用雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(X)去除接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果和實(shí)際接收到的余數(shù)多項(xiàng)式數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，相同的話表示傳輸正確。該基于DSP的曼切斯特編碼設(shè)計(jì)已經(jīng)成功應(yīng)用于測(cè)井儀器地面系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地面系統(tǒng)和井下總線終端的通訊功能。
地面通訊板與PC機(jī)的通信采用USB接口實(shí)現(xiàn)。具體技術(shù)細(xì)節(jié)如圖8所示，選擇Cypress公司的EZ-USB FX2系列芯片是智能化的USB2. 0接口芯片，它集成的USB收發(fā)器與USB總線的D+和D-引腳相連，可以接收來自主機(jī)(Host)的數(shù)據(jù)，也可以向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
設(shè)計(jì)中EZ-USB FX2芯片工作在從模式下，在這種模式下，對(duì)于外部邏輯(本設(shè)計(jì)的外部邏輯通過FPGA實(shí)現(xiàn))來說，可以把FX2看成是一個(gè)FIFO，讀寫FIFO的時(shí)序由外部邏
輯提供。EZ-USB FX2芯片內(nèi)8051單片機(jī)內(nèi)核的數(shù)據(jù)總線、地址總線以及控制總線均連接到FPGA (AceXlK30)，可以通過對(duì)指定地址的讀寫實(shí)現(xiàn)與A/D有關(guān)的寄存器(這些寄存器在FPGA中實(shí)現(xiàn))設(shè)置。EZ-USB FX2的接口部分的FLAG被分別設(shè)置為EP2和EP6端點(diǎn)FIFO的滿標(biāo)志和空標(biāo)志，F(xiàn)PGA將通過查詢這些標(biāo)志來獲得FX2片內(nèi)的兩個(gè)輸出端點(diǎn)的Slave FIFO的存儲(chǔ)狀態(tài)，從而進(jìn)行相關(guān)操作。RDY的時(shí)序由FPGA提供，來完成對(duì)自動(dòng)輸入模式下的EP6進(jìn)行寫操作。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不局限于此。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的技術(shù)范圍內(nèi)，均可對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兓蜃兓?，而這種改變或變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，井下采集板通過CAN總線與井下遙測(cè)板連接，井下遙測(cè)板與地面通訊板通過變壓器耦合傳輸方式連接。
2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，井下采集板與井下遙測(cè)板設(shè)置有CAN隔離與驅(qū)動(dòng)模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，CAN隔離與驅(qū)動(dòng)模塊包括順次連接的TMS320F2812芯片、ADuM1201芯片以及PCA82C250芯片，PCA82C250芯片接入CAN總線。
4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，井下遙測(cè)板包括數(shù)據(jù)處理模塊，編碼處理模塊，解碼處理模塊，調(diào)制解調(diào)電路模塊和通訊總線變壓器，數(shù)據(jù)處理模塊、編碼處理模塊和解碼處理模塊由DSP芯片實(shí)現(xiàn)，調(diào)制解調(diào)電路模塊分別與DSP芯片和通訊總線變壓器連接，通訊總線變壓器接入MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線。
5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，地面通訊板還通過USB接口與個(gè)人電腦連接。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，地面通訊板包括EZ-USBFX2芯片，EZ-USBFX2芯片與AcexlK30芯片連接。
7.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，ADUM1201芯片使用的兩組電源通過DC-DC電路隔離。
8.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議采用曼徹斯特碼。
9.如權(quán)利要求8所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，編碼處理模塊和解碼處理模塊用于完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)的串并和并串轉(zhuǎn)換、同步頭的產(chǎn)生與檢測(cè)、地址識(shí)別以及錯(cuò)誤檢測(cè)。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，如果幀同步頭的前I.5位和后I. 5位極性相反，則判定緊跟的兩個(gè)半位曼切斯特碼的極性是否相同，如果不同則這兩個(gè)半位曼切斯特碼后面的跟的是數(shù)據(jù)碼，否則丟棄同步頭的前I. 5位，并重新檢測(cè)幀同步頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油測(cè)井儀中的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，井下采集板通過CAN總線與井下遙測(cè)板連接，井下遙測(cè)板與地面通訊板通過變壓器耦合傳輸方式連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)中，將具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)CAN總線通訊協(xié)議，應(yīng)用于井下采集板間的數(shù)據(jù)通訊，保證了通訊具有極好的檢錯(cuò)效果和極低的出錯(cuò)率。采用多主的工作方式，實(shí)現(xiàn)了廣播和分布多種通訊方式，通訊速率高。
文檔編號(hào)E21B47/12GK102619501SQ20121008309
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者武楗棠 申請(qǐng)人:北京石大華旭建邦石油科技有限公司