專利名稱：一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，具體是一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的
主控站。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外最為先進的地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)當屬法國Sercel公司的428系列陸上地震數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)，中海油海上地震數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)-“海亮“系統(tǒng)，中石油 ES109萬道陸上地震儀系統(tǒng)等。法國Sercel公司在陸上地震儀器研制方面積累了多年經(jīng)驗，其最新推出的428系列，在其408的基礎上改進后功能更加強大。主控板(其稱中央單元)依然采用服務器/客戶機架構(gòu)。其中服務器完成整個系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的匯總功能，通過網(wǎng)口對外輸出匯總數(shù)據(jù)給客戶機進行顯示。其主控板內(nèi)部采用高性能處理器加硬盤架構(gòu)進行數(shù)據(jù)解析和緩存，需要操作系統(tǒng)支持，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，擴展性較差，體積龐大，工程施工中必須附帶工程勘探車，通常只適合大型地震勘探系統(tǒng)。中海油“海亮“地震數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)同樣采用與Sercel類似的結(jié)構(gòu)，即處理器+系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。為了與下級采集系統(tǒng)進行接口，其還采用了 FPGA+DDR單元完成采集數(shù)據(jù)初步緩存，之后由FPGA將緩存數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)地址和數(shù)據(jù)總線轉(zhuǎn)發(fā)給處理器，同樣最終由處理器通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶機進行顯示和最終的數(shù)據(jù)存儲。該結(jié)構(gòu)具有較大的復雜度，需要操作系統(tǒng)支持，擴展性較差，同樣通常只適合大型地震勘探系統(tǒng)。中石油ES109萬道陸上地震匯總系統(tǒng)采用了中海油匯總系統(tǒng)的類似結(jié)構(gòu)，同樣具有擴展性差，體積龐大，只適合大型地震勘探系統(tǒng)的特點。地震勘探系統(tǒng)中數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)，即主控站，通常需要完成數(shù)據(jù)重組(時序轉(zhuǎn)道序)，大容量數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)上傳工作站的任務，結(jié)構(gòu)相對復雜，目前地震勘探儀器數(shù)據(jù)匯總系統(tǒng)普遍采用以嵌入式處理器為中心的架構(gòu)，對外通常采用網(wǎng)口進行數(shù)據(jù)上傳。基于下級系統(tǒng)的接口設計，通常還需要配備額外的硬件結(jié)構(gòu)單元，如中海油主控站中的FPGA+DDR單元。以處理器為中心的主控站需要操作系統(tǒng)軟件的支持，工作量大，軟硬件都比較復雜，通常適合應用在大型地震勘探系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其結(jié)構(gòu)簡單、具有高擴展性和高靈活性。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，包括有現(xiàn)場可編程門陣列，以及分別與現(xiàn)場可編程門陣列連接的DDR數(shù)據(jù)緩存接口、爆炸機接口、下級系統(tǒng)接口單元和數(shù)據(jù)上傳接口模塊；所述的下級系統(tǒng)接口單元包括有命令接口和數(shù)據(jù)接口，所述的命令接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列連接的并/串轉(zhuǎn)換器和與并/串轉(zhuǎn)換器連接的驅(qū)動器組成，所述的數(shù)據(jù)接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列連接的串/并轉(zhuǎn)換器和與串/并轉(zhuǎn)換器連接的均衡器組成。所述的數(shù)據(jù)上傳接口模塊選用網(wǎng)口 PHY芯片和USB接口芯片。所述的命令接口和數(shù)據(jù)接口均為兩個，且兩個命令接口相對現(xiàn)場可編程門陣列對稱設置，兩個數(shù)據(jù)接口相對現(xiàn)場可編程門陣列對稱設置。所述的驅(qū)動器選用驅(qū)動器CLC001 ;所述的均衡器選用均衡器CLC012。所述的爆炸機接口選用光電隔離芯片4N35和繼電器G5V1組合而成。
本發(fā)明的優(yōu)點
(I)、本發(fā)明具有高擴展性、高靈活性整個主控站結(jié)構(gòu)緊湊簡潔，面積?。换贔PGA為核心的結(jié)構(gòu)，利用業(yè)界先進的FPGA內(nèi)嵌處理器IP核的技術(shù)，主控站可回歸到傳統(tǒng)的處理器+系統(tǒng)軟件的架構(gòu)，具有很強的可擴展性，既可滿足中小型地震勘探系統(tǒng)的設計需求，同時可滿足大型地震勘探系統(tǒng)的設計需求。(2)、本發(fā)明中涉及的各部件均采用硬件實現(xiàn)方式，實時性高，且同時具有USB接口和網(wǎng)絡接口，二者均為目前常用的高速數(shù)據(jù)傳輸方式，基本可滿足所有地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。(3)、本發(fā)明既可與交叉站連接，也可直接與采集站連接，采用LVDS高速差分電傳輸方式與交叉站或采集站進行通信，避免采用光纖通信時的不易維護的缺點。本發(fā)明均為硬件實現(xiàn)方式，實時性高，結(jié)構(gòu)緊湊，面積小，現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)部驅(qū)動邏輯可以模塊化，擴展性高，對于不同的地震勘探儀器，DDR數(shù)據(jù)緩存接口和數(shù)據(jù)上傳接口模塊均可保持基本不變，只需更改下級系統(tǒng)接口驅(qū)動模塊即可進行主控站的再使用，靈活性很高，整個主控站無需操作系統(tǒng)支持，復雜度相對較低，對野外施工提供了極大地便利。本發(fā)明既適用于小型地震勘探系統(tǒng)中的單纜結(jié)構(gòu)，也適用于千道中型儀器。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明主控站在單纜結(jié)構(gòu)下的連接框圖。
具體實施例方式見圖1，一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，包括有現(xiàn)場可編程門陣列1，以及分別與現(xiàn)場可編程門陣列I連接的DDR數(shù)據(jù)緩存接口 2、網(wǎng)口 PHY芯片3、USB接口芯片4、爆炸機接口 9和下級系統(tǒng)接口單元；下級系統(tǒng)接口單元包括有兩個相對現(xiàn)場可編程門陣列I對稱設置的命令接口和兩個相對現(xiàn)場可編程門陣列I對稱設置的數(shù)據(jù)接口，命令接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列I連接的并/串轉(zhuǎn)換器5和與并/串轉(zhuǎn)換器5連接的驅(qū)動器CLC001 6組成，數(shù)據(jù)接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列I連接的串/并轉(zhuǎn)換器7和與串/并轉(zhuǎn)換器7連接的均衡器CLC012 8組成。見圖2，本發(fā)明主控站在單纜結(jié)構(gòu)下的連接使用主控站替代交叉站的位置，主控站的下級系統(tǒng)接口直接與采集站連接，進行采集數(shù)據(jù)的收集和上傳，主控站的網(wǎng)口 PHY芯片3和USB接口芯片4與便攜式筆記本連接，將收集轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)上傳進行顯示和存儲，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為野外施工提供了很大的靈活性。本發(fā)明的使用原理
(I)、主控站上電后,進行初始化,初始化主要完成主控站內(nèi)部模塊的初始狀態(tài)的賦值，配置外圍硬件設備，使處于準備狀態(tài)。初始化過程中，主控站將收集采集板回送的包信息，完成其內(nèi)部變量的初始化，為此后的數(shù)據(jù)重組做準備。(2)、完成初始化后，等待上傳通道配置命令，該命令是使用USB接口還是PHY網(wǎng)口或者二者兼用進行數(shù)據(jù)上傳，如果不配置該項命令，則主控站內(nèi)部將默認采用USB接口或PHY網(wǎng)口中的某個接口進行數(shù)據(jù)上傳。(3)、完成以上配置后，主控站等待用戶命令，啟動數(shù)據(jù)處理；下級系統(tǒng)接口單元完成交叉站或采集站的對接，進行數(shù)據(jù)和命令的傳輸，接口速率為144Mbps ;現(xiàn)場可編程門陣列I負責數(shù)據(jù)時序轉(zhuǎn)道序并將轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)寫入DDR數(shù)據(jù)緩存接口 2，同時可直接驅(qū)動網(wǎng)口PHY芯片3和USB接口芯片4，進行數(shù)據(jù)的上傳。 (4)、每次采集數(shù)據(jù)的命令由爆炸機進行觸發(fā)，具體觸發(fā)流程如下主控站通過爆炸機接口 9與爆炸機連接，主控站發(fā)送準備采集信號到爆炸機，爆炸機啟動外部裝置產(chǎn)生爆炸，同時回送就緒信號給主控站，主控站接收就緒信號后，發(fā)送采集命令給采集站，進行一炮數(shù)據(jù)的采集。采集時間長度由用戶采集之前配置的記錄長度決定。
權(quán)利要求
1.一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其特征在于包括有現(xiàn)場可編程門陣列，以及分別與現(xiàn)場可編程門陣列連接的DDR數(shù)據(jù)緩存接口、爆炸機接口、下級系統(tǒng)接口單元和數(shù)據(jù)上傳接口模塊；所述的下級系統(tǒng)接口單元包括有命令接口和數(shù)據(jù)接口，所述的命令接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列連接的并/串轉(zhuǎn)換器和與并/串轉(zhuǎn)換器連接的驅(qū)動器組成，所述的數(shù)據(jù)接口是由與現(xiàn)場可編程門陣列連接的串/并轉(zhuǎn)換器和與串/并轉(zhuǎn)換器連接的均衡器組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其特征在于所述的數(shù)據(jù)上傳接口模塊選用網(wǎng)口 PHY芯片和USB接口芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其特征在于所述的命令接口和數(shù)據(jù)接口均為兩個，且兩個命令接口相對現(xiàn)場可編程門陣列對稱設置，兩個數(shù)據(jù)接口相對現(xiàn)場可編程門陣列對稱設置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其特征在于所述的驅(qū)動器選用驅(qū)動器CLCOOl ;所述的均衡器選用均衡器CLC012。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，其特征在于所述的爆炸機接口選用光電隔離芯片4N35和繼電器G5V1組合而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地球物理勘探數(shù)據(jù)采集儀器的主控站，包括有現(xiàn)場可編程門陣列，以及分別與現(xiàn)場可編程門陣列連接的DDR數(shù)據(jù)緩存接口、爆炸機接口、下級系統(tǒng)接口單元和數(shù)據(jù)上傳接口模塊。本發(fā)明均為硬件實現(xiàn)方式，實時性高，結(jié)構(gòu)緊湊，面積小，現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)部驅(qū)動邏輯可以模塊化，擴展性高，對于不同的地震勘探儀器，DDR數(shù)據(jù)緩存接口和數(shù)據(jù)上傳接口模塊均可保持基本不變，只需更改下級系統(tǒng)接口驅(qū)動模塊即可進行主控站的再使用，靈活性很高，整個主控站無需操作系統(tǒng)支持，復雜度相對較低。
文檔編號G05B19/418GK102778876SQ20121025735
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者呂文貴, 吳增海, 商林峰, 宋克柱, 曹平, 曹桂平, 楊俊峰, 董磊 申請人:合肥國為電子有限公司