一種伽馬能譜測(cè)井通訊電路及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)井通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種伽馬能譜測(cè)井通訊電路及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)的伽馬能譜測(cè)井系統(tǒng)采用C8051F580單片機(jī)，該單片機(jī)在溫度上能夠滿(mǎn)足測(cè)井的需求，芯片內(nèi)部也集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的外設(shè)電路，是內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性能價(jià)格比較好的產(chǎn)品。
[0003]控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network,簡(jiǎn)稱(chēng)CAN)是為汽車(chē)行業(yè)開(kāi)發(fā)的一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。CAN可提供高達(dá)IMbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了 CAN的抗干擾能力。
[0004]現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field— Programmable Gate Array，簡(jiǎn)稱(chēng) FPGA)，米用Lattice的LCMX02280C。此芯片在存儲(chǔ)容量和溫度上等均滿(mǎn)足測(cè)井系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集電路的高度集成，減小了儀器的體積、長(zhǎng)度。
[0005]通用異步收發(fā)傳輸器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，簡(jiǎn)稱(chēng)UART)，是一種被廣泛應(yīng)用的通信設(shè)備的接口，該總線(xiàn)雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。
[0006]自然伽馬能譜測(cè)井是在鉆孔內(nèi)對(duì)巖石自然伽馬放射線(xiàn)進(jìn)行能譜測(cè)量與分析，分別測(cè)定地層內(nèi)鈾、釷、鉀含量來(lái)研究井剖面地層性質(zhì)的測(cè)井方法。目前，國(guó)內(nèi)伽馬能譜測(cè)井儀在石油工業(yè)的應(yīng)用主要是通過(guò)自然伽馬能譜測(cè)井所測(cè)量的U，Th, K含量來(lái)識(shí)別巖性、研究沉積環(huán)境、生油層，尋找儲(chǔ)集層，確定粘土含量等目的，特點(diǎn)是含量測(cè)量范圍小、測(cè)井儀直徑大(一般大于90mm)。
[0007]近年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正推進(jìn)著測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的傳輸技術(shù)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。隨著成像測(cè)井儀器的研制和投入使用，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)量的不斷增加，以及測(cè)井作業(yè)的惡劣環(huán)境，為研究和開(kāi)發(fā)一種通用性強(qiáng)的測(cè)井網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，一方面，本發(fā)明提供了一種伽馬能譜測(cè)井通訊電路。該通訊電路包括:單片機(jī)、上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA，其中，單片機(jī)與上位機(jī)通過(guò)第一總線(xiàn)連接，上位機(jī)通過(guò)第一總線(xiàn)向單片機(jī)發(fā)送指令；單片機(jī)收到指令后通過(guò)第一總線(xiàn)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；單片機(jī)與FPGA通過(guò)第二總線(xiàn)連接，單片機(jī)通過(guò)第二總線(xiàn)向FPGA發(fā)送指令；FPGA收到指令后通過(guò)第二總線(xiàn)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選的，第一總線(xiàn)為控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN總線(xiàn)，CAN總線(xiàn)設(shè)置有CAN收發(fā)器，單片機(jī)的第一管腳和第二管腳分別與CAN收發(fā)器相應(yīng)的第一通訊管腳和第二通訊管腳相連。
[0010]優(yōu)選的，CAN收發(fā)器具有差分發(fā)送和接收功能的兩個(gè)總線(xiàn)端口，該兩個(gè)總線(xiàn)端口分別連接CAN總線(xiàn)，與兩個(gè)總線(xiàn)端口連接的兩條CAN總線(xiàn)并聯(lián)一個(gè)匹配電阻。
[0011]優(yōu)選的，CAN總線(xiàn)的通訊幀包括:數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、超載幀，其中，數(shù)據(jù)幀包括幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼段、應(yīng)答段和幀結(jié)束中的一種或多種；在編程時(shí)，針對(duì)CAN總線(xiàn)中的一個(gè)或多個(gè)通訊幀進(jìn)行配置后，發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，第二總線(xiàn)為通用異步收發(fā)傳輸器UART總線(xiàn)，單片機(jī)的第三管腳和第四管腳分別與FPGA中相應(yīng)的第一通訊管腳和第二通訊管腳相連。
[0013]優(yōu)選的，UART總線(xiàn)設(shè)置有UART收發(fā)器，UART收發(fā)器包括:發(fā)送模塊，接收模塊和波特率產(chǎn)生模塊；其中，發(fā)送模塊用于在接收到指令后，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)按UART通訊協(xié)議輸出；其中，先輸出I個(gè)低電平的起始位，然后從低到高輸出8個(gè)數(shù)據(jù)位，然后輸出可選的奇偶校驗(yàn)位，最后輸出高電平的停止位；接收模塊用于實(shí)時(shí)檢測(cè)線(xiàn)路，接收數(shù)據(jù)；其中，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，啟動(dòng)接收數(shù)據(jù)進(jìn)程，按從低位到高位接收數(shù)據(jù)；波特率產(chǎn)生模塊用于為單片機(jī)和FPGA之間的通訊提供時(shí)鐘信號(hào)。
[0014]優(yōu)選的，單片機(jī)中UART收發(fā)器通訊設(shè)置的波特率和FPGA中UART收發(fā)器通訊設(shè)置的波特率需保持一致。
[0015]優(yōu)選的，UART通信協(xié)議采用1+8+1+1/1.5模式，其中，起始位包含I個(gè)比特位、數(shù)據(jù)位包含8個(gè)比特位、校驗(yàn)位包含I個(gè)比特位、停止位包含I個(gè)或1.5個(gè)比特位，其余的為空閑位。
[0016]優(yōu)選的，通過(guò)Verilog HDL語(yǔ)言和C語(yǔ)言分別編程完成FPGA和單片機(jī)之間的UART通訊，以及通過(guò)C語(yǔ)言編程完成上位機(jī)和單片機(jī)之間的CAN通訊。
[0017]另一方面，本發(fā)明提供了一種伽馬能譜測(cè)系統(tǒng)，包括上述伽馬能譜測(cè)井通訊電路。
[0018]在本發(fā)明中，單片機(jī)和上位機(jī)之間采用CAN通訊，單片機(jī)和FPGA之間采用UART通訊。CAN總線(xiàn)通訊具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率IMbit/s，而且能夠檢測(cè)出任何錯(cuò)誤，具有很高的抗干擾能力；UART總線(xiàn)通訊可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。不僅實(shí)現(xiàn)最大限度的共享測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，而且提高信息實(shí)施處理能力。
【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種伽馬能譜測(cè)井通訊電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中上位機(jī)與單片機(jī)之間的CAN通訊電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中CAN通訊的標(biāo)準(zhǔn)幀格式示意圖；
[0023]圖4為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中CAN通訊電路實(shí)現(xiàn)程序流程圖；
[0024]圖5為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中單片機(jī)與FPGA之間的UART通訊電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中單片機(jī)與FPGA之間的UART通訊幀格式
示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種伽馬能譜測(cè)井通訊電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該通訊電路包括單片機(jī)U14、上位機(jī)和FPGA U20H。
[0028]單片機(jī)U14與上位機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)連接，上位機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)向單片機(jī)U14發(fā)送指令；單片機(jī)收到指令后U14通過(guò)CAN總線(xiàn)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0029]單片機(jī)U14與FPGA U20H通過(guò)UART總線(xiàn)連接，單片機(jī)U14通過(guò)UART總線(xiàn)向FPGAU20H發(fā)送指令；FPGA U20H收到指令后通過(guò)UART總線(xiàn)向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例中的單片機(jī)和上位機(jī)之間采用CAN通訊，單片機(jī)和FPGA之間采用UART通訊，利用此通訊電路可以實(shí)現(xiàn)60mm小井眼天然伽馬能譜測(cè)量系統(tǒng)中FPGA與單片機(jī)之間及單片機(jī)與上位機(jī)之間的通訊。
[0031]圖2為圖1所示伽馬能譜測(cè)井通訊電路中上位機(jī)與單片機(jī)之間的CAN通訊電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該CAN通訊電路包括單片機(jī)U14與CAN(SN65HVD233)收發(fā)器U15。由于CAN收發(fā)器U15的通訊接口固定為單片機(jī)U14的P0.6管腳和P0.7管腳，所以P0.6對(duì)應(yīng)CANT，P0.7對(duì)應(yīng)CANR。單片機(jī)U14的接口 P0.6 (CANT)和CAN收發(fā)器U15的管腳I (CANT)相連接，單片機(jī)U14的接口 P0.7 (CANR)和CAN收發(fā)器U15的管腳4 (CANR)相連。
[0032]CAN收發(fā)器U15主要是為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端接地環(huán)路斷開(kāi)的系統(tǒng)，讓接口允許在很大的共模電壓變化下保證可靠通訊。通常使用CAN通訊的系統(tǒng)，都是要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離可靠通訊。由于系統(tǒng)分布相隔距離遠(yuǎn)，兩個(gè)通訊模塊之間的大地電平有可能出現(xiàn)比較大的電壓差，就會(huì)導(dǎo)致總線(xiàn)短路。所以需要CAN收發(fā)器U15進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后才能連接到CAN總線(xiàn)上。CAN收發(fā)器U15可以把單片機(jī)U14輸出的CANT和CANR信號(hào)轉(zhuǎn)換成CANH和CANL信號(hào)與CAN總線(xiàn)連接。CANH端有兩個(gè)狀態(tài)，即高電平和懸浮狀態(tài)，CANL端有兩個(gè)狀態(tài)，即低電平和懸浮狀態(tài)，從而起到電氣隔離的作用。
[0033]CAN收發(fā)器U15能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)CAN通訊的發(fā)送監(jiān)測(cè)功能，CAN收發(fā)器U15中的接收功能一直是有效的，使得單片機(jī)CAN能夠一直監(jiān)視CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)，如果CAN收發(fā)器U15接收到的數(shù)據(jù)與單片機(jī)U14發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致，單片機(jī)可以判斷存在發(fā)送沖突，單片機(jī)便退出發(fā)送狀態(tài)，進(jìn)入接收狀態(tài)，等待