專(zhuān)利名稱：隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種隨鉆測(cè)量井下儀器短節(jié)間的電氣連接結(jié)構(gòu)，尤其是一種隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在定向井鉆井工程中，隨鉆測(cè)量井下儀器為短節(jié)式連接結(jié)構(gòu)，各短節(jié)間進(jìn)行電氣連接和機(jī)械連接，電氣連接用以提供電源和進(jìn)行信號(hào)傳輸，機(jī)械連接用以傳遞鉆井液和扭矩。目前，井下儀器間的電源供給和信號(hào)發(fā)送接收都采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接連接方式，該方式最少由電源線、信號(hào)線2條線連接，且當(dāng)各短節(jié)間進(jìn)行順序調(diào)整或增減短節(jié)時(shí)，還需要重新設(shè)計(jì)走線布局。該連接方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，擴(kuò)展性差，增加了機(jī)械部分的設(shè)計(jì)難度，不便于井下工具組裝、更換，不便于故障的診斷和維修，井下工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作可靠性差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用載波通訊技術(shù)形成單總線系統(tǒng)的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型包括總線、植入在每個(gè)短節(jié)內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)(modem)電路板以及短節(jié)中心控制器，所述總線和短節(jié)中心控制器通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板連接在一起；所述總線為將電源線和傳輸信號(hào)線集成為一根的電源載波通訊總線；所述調(diào)制解調(diào)電路板包括解調(diào)電路，用于將所述總線上傳輸?shù)念l率信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(hào)；單片機(jī)，用于接收和處理所述調(diào)制電路轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信號(hào)以及用于對(duì)所述調(diào)制電路輸出二進(jìn)制信號(hào)，并通過(guò)所述RS485串口通訊電路與所述短節(jié)中心控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；調(diào)制電路，用于將所述單片機(jī)輸出的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)并經(jīng)放大電路傳遞給總線；復(fù)位電路，用于所述單片機(jī)復(fù)位；總線濾波電路，用于濾去所述總線輸出電壓的紋波；DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)經(jīng)所述總線濾波電路濾波后的輸出電壓進(jìn)行電壓變換，并為單片機(jī)、解調(diào)電路、調(diào)制電路、放大電路、RS485串口通訊電路以及復(fù)位電路提供電源。所述單片機(jī)為89C51芯片。所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊為單路輸出高溫電源模塊。所述調(diào)制電路包括74HC04反相器、74HC40103減法器和74HC74觸發(fā)器，所述減法器分別與反相器、觸發(fā)器和單片機(jī)相連接，所述觸發(fā)器與放大電路相連接。所述解調(diào)電路包括XR2211芯片及其外圍電路。所述RS485串口通訊電路包括MAX485芯片及其外圍電路，并能夠通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。所述復(fù)位電路包括MAX708芯片及其外圍電路。本實(shí)用新型的有益效果是1、電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，井下工具各短節(jié)間只有I條單芯總線相連，便于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)加工；2、便于井下儀器系統(tǒng)擴(kuò)展，井下工具各短節(jié)可以按需要進(jìn)行位置調(diào)換和數(shù)目增減，而不受各自接口互異的限制；3、因?yàn)檫B接方式為單芯總線連接，便于故障診斷和維修。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明


圖1是本實(shí)用新型隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)的數(shù)字調(diào)頻技術(shù)波形圖；圖3是本實(shí)用新型中調(diào)制解調(diào)電路結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)
圖1至圖3，本實(shí)用新型的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)包括總線1、植入在每個(gè)短節(jié)內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)電路板以及短節(jié)中心控制器2，所述總線I和短節(jié)中心控制器2通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板連接在一起；所述總線I為將電源線和傳輸信號(hào)線集成為一根的電源載波通訊總線；所述調(diào)制解調(diào)電路板包括解調(diào)電路4，用于將所述總線I上傳輸?shù)念l率信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(hào)；單片機(jī)3，用于接收和處理所述調(diào)制電路4轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信號(hào)以及用于對(duì)所述調(diào)制電路5輸出二進(jìn)制信號(hào)，并通過(guò)所述RS485串口通訊電路7與所述短節(jié)中心控制器2進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；調(diào)制電路5，用于將所述單片機(jī)3輸出的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)并經(jīng)放大電路6傳遞給總線I ;復(fù)位電路8，用于所述單片機(jī)3復(fù)位；總線濾波電路10，用于濾去所述總線I輸出電壓的紋波；DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊9，用于對(duì)經(jīng)所述總線濾波電路10濾波后的輸出電壓進(jìn)行電壓變換，并為單片機(jī)3、解調(diào)電路4、調(diào)制電路5、放大電路6、RS485串口通訊電路7以及復(fù)位電路8提供電源。所述單片機(jī)3為89C51芯片。所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊9為單路輸出高溫電源模塊。所述調(diào)制電路5包括74HC04反相器、74HC40103減法器和74HC74觸發(fā)器，所述減法器分別與反相器、觸發(fā)器和單片機(jī)相連接，所述觸發(fā)器與放大電路6相連接。所述解調(diào)電路4包括XR2211芯片及其外圍電路。所述RS485串口通訊電路7包括MAX485芯片及其外圍電路，并能夠通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。所述復(fù)位電路8包括MAX708芯片及其外圍電路。[0038]為了簡(jiǎn)化井下工具的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可擴(kuò)展能力，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種利用頻移鍵控(FSK)信號(hào)調(diào)制方式的電源載波通訊總線，發(fā)送方將二進(jìn)制信號(hào)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制成頻率信號(hào)傳輸?shù)娇偩€I上，接收方從總線I上接收到頻率信號(hào)后通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板解調(diào)后得到二進(jìn)制信號(hào)，供給單片機(jī)3進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)電源線和信號(hào)線的復(fù)用。井下各短節(jié)與總線I只有一個(gè)電氣接口，該總線系統(tǒng)下各短節(jié)接口具有標(biāo)準(zhǔn)性和統(tǒng)一性。本實(shí)用新型能夠通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換、調(diào)制解調(diào)、濾波、放大，而最終將供電電源和傳輸信號(hào)合并，并且利用載波通訊技術(shù)形成單總線系統(tǒng)，即井下系統(tǒng)單總線接口技術(shù)(BH-BUS)，也就是上述總線I?？偩€I采用單線制總線結(jié)構(gòu)，即電源和信號(hào)復(fù)用總線?？偩€I是把36V電源和傳輸信號(hào)集成為一根的電源載波通訊總線，傳輸信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制信號(hào)。移頻鍵控(FSK)數(shù)字調(diào)頻是利用載頻頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息的方法，這種調(diào)制解調(diào)方式容易實(shí)現(xiàn)，抗噪聲性能較強(qiáng)。信號(hào)中心頻率為194KHz ;二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的頻率分別為l=184KHz，0=205KHz，如圖2所示。總線信號(hào)在調(diào)制解調(diào)電路板上被分解為電源信號(hào)和數(shù)據(jù)通訊信號(hào)?？偩€信號(hào)通過(guò)濾波電路，再經(jīng)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊9進(jìn)行電壓變換后，給各芯片提供+5V直流電源，如圖3所示。調(diào)制解調(diào)電路板與總線1、調(diào)制解調(diào)電路板與短節(jié)中心控制器2之間均通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板的單片機(jī)3串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，兩組串口通訊通過(guò)邏輯電路控制實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。如
圖1所示，總線I可以掛接多個(gè)調(diào)制解調(diào)電路板，每個(gè)調(diào)制解調(diào)電路板被分配I個(gè)獨(dú)立的地址，各短節(jié)的地址與對(duì)應(yīng)的調(diào)制解調(diào)電路板地址相同。作為發(fā)送方短節(jié)的調(diào)制解調(diào)電路板通過(guò)單片機(jī)將發(fā)送給總線的二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送給調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的頻率信號(hào)，通過(guò)濾波放大等電路傳輸?shù)娇偩€I上，在井下工具各短節(jié)間進(jìn)行載波通訊；作為接收方短節(jié)的調(diào)制解調(diào)電路板接收到總線上的信號(hào)后，通過(guò)解調(diào)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)成二進(jìn)制碼后通過(guò)串口傳送給接收方調(diào)制解調(diào)電路板的單片機(jī)3進(jìn)行處理，這樣就完成了一次通訊過(guò)程。綜上所述，本實(shí)用新型的內(nèi)容并不局限在上述的實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在本實(shí)用新型的技術(shù)指導(dǎo)思想之內(nèi)提出其他的實(shí)施例，但這些實(shí)施例都包括在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于包括總線(I)、植入在每個(gè)短節(jié)內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)電路板以及短節(jié)中心控制器(2)，所述總線(I)和短節(jié)中心控制器(2)通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板連接在一起；所述總線(I)為將電源線和傳輸信號(hào)線集成為一根的電源載波通訊總線；所述調(diào)制解調(diào)電路板包括 解調(diào)電路(4)，用于將所述總線(I)上傳輸?shù)念l率信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(hào)； 單片機(jī)(3)，用于接收和處理所述調(diào)制電路(4)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信號(hào)以及用于對(duì)所述調(diào)制電路(5)輸出二進(jìn)制信號(hào)，并通過(guò)所述RS485串口通訊電路(7)與所述短節(jié)中心控制器(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊； 調(diào)制電路(5)，用于將所述單片機(jī)(3)輸出的二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)并經(jīng)放大電路(6)傳遞給總線(1)； 復(fù)位電路(8)，用于所述單片機(jī)(3)復(fù)位； 總線濾波電路(10)，用于濾去所述總線(I)輸出電壓的紋波； DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊(9)，用于對(duì)經(jīng)所述總線濾波電路(10)濾波后的輸出電壓進(jìn)行電壓變換，并為單片機(jī)(3)、解調(diào)電路(4)、調(diào)制電路(5)、放大電路(6)、RS485串口通訊電路(7)以及復(fù)位電路(8)提供電源。
2.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述單片機(jī)(3)為89C51芯片。
3.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述DC/DC電壓轉(zhuǎn)換模塊(8)為單路輸出高溫電源模塊。
4.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述調(diào)制電路(5)包括74HC04反相器、74HC40103減法器和74HC74觸發(fā)器，所述減法器分別與反相器、觸發(fā)器和單片機(jī)相連接，所述觸發(fā)器與放大電路(6)相連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述解調(diào)電路(4)包括XR2211芯片及其外圍電路。
6.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述RS485串口通訊電路(7)包括MAX485芯片及其外圍電路，并能夠通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。
7.按照權(quán)利要求1所述的隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其特征在于所述復(fù)位電路(8)包括MAX708芯片及其外圍電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種隨鉆測(cè)量井下儀器信號(hào)傳輸總線結(jié)構(gòu)，其包括總線、植入在每個(gè)短節(jié)內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)電路板以及短節(jié)中心控制器，所述總線和短節(jié)中心控制器通過(guò)調(diào)制解調(diào)電路板連接在一起；本實(shí)用新型的有益效果是1、電氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，井下工具各短節(jié)間只有1條單芯總線相連，便于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)加工；2、便于井下儀器系統(tǒng)擴(kuò)展，井下工具各短節(jié)可以按需要進(jìn)行位置調(diào)換和數(shù)目增減，而不受各自接口互異的限制；3、因?yàn)檫B接方式為單芯總線連接，便于故障診斷和維修。
文檔編號(hào)E21B47/12GK202900264SQ201220633030
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者張健庚, 魏春明, 韓曉文, 李志廣, 金平, 張猛, 張?chǎng)?申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司