專利名稱：水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，尤其是一種適用于水平導(dǎo)向鉆有線 隨鉆探測(cè)預(yù)警的廉價(jià)、可靠、高速的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水平導(dǎo)向鉆是城市市政建設(shè)一種的非開挖施工設(shè)備，由于其施工過程"不 可見"，必須事先準(zhǔn)確了解現(xiàn)有地下管線的準(zhǔn)確分布，否則很容易破壞地下現(xiàn) 有管線，帶來施工事故。
目前， 一般采用地面工作的物探設(shè)備來探測(cè)地下管線的分布情況，如探 地雷達(dá)、地下管線探測(cè)儀等。但由于探測(cè)原理的限制，在地下水豐富、管線 分布復(fù)雜的場(chǎng)合，會(huì)存在一定的探測(cè)盲區(qū)。另外，地面探測(cè)設(shè)備的探測(cè)過程
與水平導(dǎo)向的施;r過程嚴(yán)重脫節(jié)，對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)無能為力， 不能在出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)給鉆機(jī)操作人員及時(shí)報(bào)警，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，避免?故發(fā)生。
為避免上述問題的發(fā)生，可以考慮在水平導(dǎo)向鉆導(dǎo)向板或回括器與鉆桿 之間加裝一定的隨鉆探測(cè)環(huán)節(jié)來探測(cè)地下障礙物的位置，并在遇到危險(xiǎn)時(shí)向 操作人員報(bào)警。對(duì)地下探測(cè)來講，如何將工作于地下的隨鉆探測(cè)數(shù)據(jù)有效地 傳輸出來是必須要解決的重要問題。
對(duì)地下隨鉆探測(cè)來講，有效傳輸數(shù)據(jù)面臨著幾個(gè)問題。 一是體積和功耗 問題，由于探測(cè)設(shè)備安裝于地下，其體積和功耗都不可能太大；二是施工工
藝問題，數(shù)據(jù)傳輸通道的數(shù)目不能太大，否則將會(huì)影響施工速度和質(zhì)量；三
是信號(hào)傳輸速率問題，受通道數(shù)量的影響，只能采用串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?br> 將會(huì)在很大程度上影響數(shù)據(jù)的傳輸速度；四是信號(hào)傳輸長(zhǎng)度的問題，由于水 平導(dǎo)向鉆施工距離一般較長(zhǎng)，信號(hào)傳輸存在明顯的長(zhǎng)線效應(yīng)，在很大程度上 將會(huì)影響信號(hào)的傳輸?shù)馁|(zhì)量與可靠性。
目前，信號(hào)串行傳輸?shù)姆绞接泻芏啵≧S232/485總線、CAN總線和1553B總線等，在長(zhǎng)距離傳輸數(shù)據(jù)的情況下，前兩者數(shù)據(jù)傳輸速率較低，后 者則比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其 利用HotLink (熱鏈路)總線，通過利用自適應(yīng)信道均衡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠性 的、低成本的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
為達(dá)上述目的,本發(fā)明提供一種水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 其由地下隨鉆探測(cè)系統(tǒng)的控制器進(jìn)行控制；特點(diǎn)是，包含與該控制器連接的 FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)控制邏輯電路，分別與該FPGA控制邏輯電路 連接的數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器，分別與該數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器連接的 自適應(yīng)均衡電路，以及與該自適應(yīng)均衡電路連接的變壓器；
所述的FPGA控制邏輯電路用于對(duì)數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器進(jìn)行時(shí)序控
制；
所述的數(shù)據(jù)接收器用于完成數(shù)據(jù)接收；其是采用Hotlink總線的Hotlink 數(shù)據(jù)接收器；
所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器用于完成數(shù)據(jù)發(fā)送；其是采用Hotlink總線的Hotlink 數(shù)據(jù)發(fā)送器；
所述的自適應(yīng)均衡電路用于接收信號(hào)幅度進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，以提高接收 信號(hào)質(zhì)量，降低誤碼率；
所述的變壓器用于充當(dāng)信號(hào)傳輸變壓器，輸出一路差分信號(hào)對(duì)接信號(hào)傳 輸電纜，可降低傳輸電纜上的共模干擾。
本發(fā)明還包含一數(shù)據(jù)緩存電路，其分別與FPGA控制邏輯電路，數(shù)據(jù)接 收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器通過電路連接；該數(shù)據(jù)緩存電路用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的先 進(jìn)先出(FIFO)數(shù)據(jù)緩沖。
本發(fā)明進(jìn)一步還包含一耦合電路單元，其包含連接在數(shù)據(jù)接收器和自適 應(yīng)均衡電路之間的第一耦合電路，以及連接在數(shù)據(jù)發(fā)送器和自適應(yīng)均衡電路 之間的第二耦合電路。
本發(fā)明提供的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、數(shù)據(jù)傳輸速率高；200810042995 2、 成本低廉；
3、 數(shù)據(jù)傳輸可靠。


圖1為本發(fā)明中的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框
圖2為本發(fā)明中的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)送控制狀 態(tài)的示意圖3為本發(fā)明中的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的接收控制狀 態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合圖1 圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式。 如圖1所示，本發(fā)明提供一種水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 其由地下隨鉆探測(cè)系統(tǒng)的控制器(MPU)進(jìn)行控制；特點(diǎn)是，包含與該MPU 連接的FPGA控制邏輯電路101，分別與該FPGA控制邏輯電路101連接的 數(shù)據(jù)接收器102和數(shù)據(jù)發(fā)送器104，分別與該數(shù)據(jù)接收器102和數(shù)據(jù)發(fā)送器 104連接的自適應(yīng)均衡電路106，以及與該自適應(yīng)均衡電路106連接的變壓器 108;
所述的FPGA控制邏輯電路101 (型號(hào)XC3S1500)用于對(duì)數(shù)據(jù)接收器 102和數(shù)據(jù)發(fā)送器104進(jìn)行時(shí)序控制；
所述的數(shù)據(jù)接收器102用于完成數(shù)據(jù)接收；其是采用Hotlink總線的 Hotlink數(shù)據(jù)接收器(型號(hào)CY7B933);
所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器104用于完成數(shù)據(jù)發(fā)送；其是采用Hotlink總線的 Hotlink數(shù)據(jù)發(fā)送器(型號(hào)CY7B923);
本實(shí)施例中，所采用CYPRESS公司的HOT Link CY7B933/923數(shù)據(jù)收 發(fā)器，在不加任何補(bǔ)償電路情況下，330Mbit/s碼速，對(duì)于75Q同軸電纜 (RG-6-A/U)可達(dá)304.8米；
因?yàn)閷?duì)水平導(dǎo)向鉆而言，由于施工距離較大，通常超過幾十米，甚至超 過100米，而水平導(dǎo)向鉆每段鉆桿的距離為4米左右，施工過程中需不斷更換鉆桿，為減少接線麻煩，提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，故采用兩線制的串行總 線進(jìn)行通訊。另外，為保證探測(cè)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，必須盡可能提高數(shù)據(jù)通
信的速度，故采用HotLink總線進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，其不僅具有高的數(shù)據(jù) 傳輸速率(50Mbps 1.5Gbps)，還可以采用多種傳輸介質(zhì)并且符合許多業(yè) 界標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，很適合水平導(dǎo)向鉆地下探測(cè)的工況要求；
所述的自適應(yīng)均衡電路106 (型號(hào)ML6674)用于接收信號(hào)幅度進(jìn)行自 適應(yīng)補(bǔ)償，以提高接收信號(hào)質(zhì)量，降低誤碼率；
考慮到信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，存在較嚴(yán)重的"長(zhǎng)線效應(yīng)"，會(huì)嚴(yán)重降低信 號(hào)傳輸質(zhì)量，故本發(fā)明采用有源自適應(yīng)均衡電路106對(duì)接收信號(hào)幅度進(jìn)行自 適應(yīng)補(bǔ)償，以提高信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。本實(shí)施例中，采用Micro Linear公司的 型號(hào)為ML6674的均衡電路芯片，其是一款支持155MbpsATM傳輸?shù)木?電路芯片，它的輸入輸出采用與ECL 100K兼容的邏輯電平，容易與ATM 物理層芯片CY7C954DX的PECL兼容電平相互耦合；同時(shí)它也支持NRZ 碼在5類纜上的傳輸。自適應(yīng)均衡電路106的信號(hào)接收部分是一個(gè)帶有反饋 環(huán)路的自適應(yīng)均衡濾波器，反饋信號(hào)經(jīng)判決后確定傳輸線長(zhǎng)度并給出適當(dāng)?shù)?控制信號(hào)，來調(diào)整均衡器的參數(shù)，補(bǔ)償接收信號(hào)的幅度和相位。同時(shí)，自適 應(yīng)均衡電路106的接收部分提供了基線漂移補(bǔ)償電路，對(duì)所接收數(shù)據(jù)的直流 成分不均衡所引起的直流漂移進(jìn)行監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償，始終保持正確的判決門限， 減小了信號(hào)傳輸?shù)亩秳?dòng)，大大減小誤碼率；
所述的變壓器108 (型號(hào)CL3242)用于充當(dāng)信號(hào)傳輸變壓器，輸出一 路差分信號(hào)對(duì)接信號(hào)傳輸電纜，可降低傳輸電纜上的共模干擾；
由于變壓器是數(shù)據(jù)長(zhǎng)線傳輸系統(tǒng)中收發(fā)終端基本而且也是常用的組成部 分，并且傳輸電纜中存在的各種噪聲和干擾受很多因素的影響，不確定性很 高，如果將數(shù)據(jù)收發(fā)器直接與傳輸線連接，干擾嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳送， 因此采用變壓器將終端與傳輸線隔離變得尤為重要。并且根據(jù)變壓器初級(jí)和 次級(jí)阻抗的換算，很容易滿足阻抗匹配的要求。由于共模電流在傳輸中容易 產(chǎn)生很大的輻射噪聲，因此變壓器的另外一個(gè)作用就是抑制傳輸線上的共模 信號(hào)，共模扼流圈對(duì)共模噪聲表現(xiàn)出高阻抗，而對(duì)差模信號(hào)則表現(xiàn)出很低的 阻抗，從而可以大大減小共模信號(hào)產(chǎn)生的干擾。本發(fā)明采用的型號(hào)為CL3242 的芯片作為hotlink總線信號(hào)傳輸?shù)淖儔浩?，該CL3242芯片內(nèi)部集成了匝數(shù)
6比為1:1的變壓器和共模扼流圈，體積小，有較低的插入損耗和回波損耗， 并且符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，偏置電流小，工作溫度范圍寬，能很好地滿足要求。
本發(fā)明還包含一數(shù)據(jù)緩存電路103 (型號(hào)IDT7200)，其分別與FPGA 控制邏輯電路IOI，數(shù)據(jù)接收器102和數(shù)據(jù)發(fā)送器104通過電路連接；該數(shù) 據(jù)緩存電路103用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的先進(jìn)先出數(shù)據(jù)緩沖。
本發(fā)明進(jìn)一步還包含一耦合電路單元，其包含連接在數(shù)據(jù)接收器102和 自適應(yīng)均衡電路106之間的第一耦合電路105，以及連接在數(shù)據(jù)發(fā)送器104 和自適應(yīng)均衡電路106之間的第二耦合電路107。
為保證數(shù)據(jù)的正確傳輸，合理的控制邏輯也是非常必要的，本發(fā)明采用 的第二FPGA控制邏輯電路101的發(fā)送控制和接收控制的各個(gè)狀態(tài)為
如圖2所示，所述的第二FPGA控制邏輯電路101的發(fā)送控制共包括三 個(gè)狀態(tài)空閑狀態(tài)，發(fā)送狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)。其中，當(dāng)Hotlink發(fā)送控制器在 復(fù)位以后進(jìn)入空閑狀態(tài)；當(dāng)發(fā)送允許且數(shù)據(jù)緩存電路103滿的時(shí)候，則仍然 保持空閑狀態(tài)，當(dāng)發(fā)送允許且數(shù)據(jù)緩存電路103沒有溢出的時(shí)候，進(jìn)入到發(fā) 送狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)，并且不斷向FIFO中寫入數(shù)據(jù)直到溢出；當(dāng)發(fā)送結(jié)束或 FIFO為空，則返回空閑狀態(tài)；如果測(cè)試允許，進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)；測(cè)試結(jié)束后 返回空閑狀態(tài)。FIFO的讀端口連接到HOT Link發(fā)送器的并行輸出端口。
如圖3所示，所述的第二FPGA控制邏輯電路101的接收控制共包括四 個(gè)狀態(tài)等待狀態(tài)，接收狀態(tài)，幀同步狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)。其中，當(dāng)Hotlink 接收控制邏輯在復(fù)位以后進(jìn)入幀同步狀態(tài)，幀同步狀態(tài)后進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng) 數(shù)據(jù)發(fā)送器102的解碼標(biāo)志為低電平(即解碼未完成)且FIFO不為空，進(jìn) 入到接收狀態(tài)接收數(shù)據(jù)，并不斷從FIFO中讀出數(shù)據(jù)直到解碼完成或FIFO 空；當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送器102的解碼標(biāo)志為高電平(即解碼完成)或FIFO為空， 返回等待狀態(tài)；當(dāng)解碼完成且結(jié)果并無錯(cuò)誤時(shí)， 一直處于等待狀態(tài)；如果測(cè) 試允許，進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)；測(cè)試結(jié)束后返回空閑狀態(tài)。FIFO的寫端口連接到 HOT Link接收器的并行輸出端口。
本發(fā)明提供的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 數(shù)據(jù)傳輸速率高；
2、 成本低廉；
3、 數(shù)據(jù)傳輸可靠。
權(quán)利要求
1.一種水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其由地下隨鉆探測(cè)系統(tǒng)的控制器進(jìn)行控制，特征在于，包含與所述的控制器連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列控制邏輯電路，其對(duì)數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器進(jìn)行時(shí)序控制；分別與該現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列控制邏輯電路連接的數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器；該數(shù)據(jù)接收器完成數(shù)據(jù)接收；該數(shù)據(jù)發(fā)送器完成數(shù)據(jù)發(fā)送；分別與該數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器連接的自適應(yīng)均衡電路，其接收信號(hào)幅度進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償；與該自適應(yīng)均衡電路連接的變壓器，是信號(hào)傳輸變壓器，輸出一路差分信號(hào)對(duì)接信號(hào)傳輸電纜。
2. 如權(quán)利要求1所述的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在 于，所述的數(shù)據(jù)接收器是采用Hotlink總線的Hotlink數(shù)據(jù)接收器。
3. 如權(quán)利要求1所述的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在 于，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送器是采用Hotlink總線的Hotlink數(shù)據(jù)發(fā)送器。
4. 如權(quán)利要求1所述的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在 于，還包含一數(shù)據(jù)緩存電路，其分別與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列控制邏輯電路， 數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器通過電路連接；該數(shù)據(jù)緩存電路接收和發(fā)送數(shù)據(jù) 的先進(jìn)先出數(shù)據(jù)緩沖。
5. 如權(quán)利要求1所述的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在 于，還包含一耦合電路單元，其包含連接在數(shù)據(jù)接收器和自適應(yīng)均衡電路 之間的第一耦合電路，以及連接在數(shù)據(jù)發(fā)送器和自適應(yīng)均衡電路之間的第 二耦合電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其由地下隨鉆探測(cè)系統(tǒng)的控制器進(jìn)行控制，包含與該控制器連接的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)控制邏輯電路，分別與該FPGA控制邏輯電路連接的數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器，分別與該數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器連接的自適應(yīng)均衡電路，以及與該自適應(yīng)均衡電路連接的變壓器。本發(fā)明利用HotLink總線，通過利用自適應(yīng)信道均衡技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可靠性的、低成本的水平導(dǎo)向鉆隨鉆預(yù)警高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101676969SQ20081004299
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者明 宗, 張焜煌, 徐慧峰, 峰 李, 鄭伯音 申請(qǐng)人:上海市電力公司;上海市電力公司市南供電公司;上海華貽電力市政建設(shè)工程有限公司