專利名稱：石油測(cè)井井下儀器串行遙測(cè)總線及其接口技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油井下測(cè)井儀器的遙測(cè)總線，用于數(shù)據(jù)傳輸。
以高性能、大數(shù)據(jù)量為特征的新型石油測(cè)井儀器不斷開(kāi)發(fā)成功，如何最有效的組成井下遙測(cè)數(shù)據(jù)鏈路(總線)、完成測(cè)井信息高速、正確的雙向傳輸已成為十分重要的問(wèn)題，面臨的主要困難是①井下的線路資源有限，特別是當(dāng)井下各傳感器之間采用鎧裝電纜軟連接(如井間地震系統(tǒng))時(shí)，只有6～7心的鎧裝電纜線路可供使用。這時(shí)，因井下交流供電需2心，井下遙測(cè)總線包括地線在內(nèi)不能超過(guò)4心。
②在一定長(zhǎng)度上(如井間地震系統(tǒng)達(dá)10m*10節(jié))必須有足夠高的傳輸速率(至少達(dá)到1Mbits/s，最好達(dá)到2Mbits/s以上)。
③儀器串最上方的遙測(cè)控制器能夠?qū)Ω鳘?dú)立的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進(jìn)行完全的控制(即使因極板推靠操作等干擾造成子系統(tǒng)死機(jī)也可恢復(fù)正常而不至于中斷測(cè)量)。
④各獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)能自動(dòng)按鏈接順序高速發(fā)送數(shù)據(jù)。
目前，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有任何一種成品或設(shè)計(jì)方案完全解決了以上問(wèn)題。
本發(fā)明目的是要開(kāi)發(fā)出一種適用于現(xiàn)代測(cè)井儀器的井下儀器串行遙測(cè)總線及相應(yīng)接口技術(shù)，完全解決上述所有問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，由鏈路控制線CHAIN、差分傳輸數(shù)據(jù)線DATA+DATA-和地線GND等四條線組成串行遙測(cè)總線；由一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD、電平比較器組、差分收發(fā)器及數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)均由遙測(cè)控制器控制，它們之間采用半雙工通訊。來(lái)自遙測(cè)控制器的信號(hào)經(jīng)電平比較器組后送入復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD中的控制邏輯電路，然后控制鏈路控制線CHAIN上的電子開(kāi)關(guān)；復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD包括控制邏輯、編碼器和通用異步收發(fā)器UART及數(shù)據(jù)采集接口，數(shù)字信號(hào)處理器DSP將采集到的數(shù)據(jù)傳入CPLD編碼后經(jīng)差分收發(fā)器送到串行遙測(cè)總線。
附圖
是依據(jù)本發(fā)明所提出的石油測(cè)井井下儀器串行遙測(cè)總線及其接口的原理示意圖。
下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步敘述本發(fā)明。
①串行遙測(cè)總線由鏈路控制線CHAIN、差分傳輸數(shù)據(jù)線DATA+DATA-和地線GND等四條線組成，遙測(cè)控制器與各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)之間采用半雙工通訊。
②鏈路控制線CHAIN是一條重要的控制線，由遙測(cè)控制器驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電平在0～3V±5％時(shí)，為正常鏈路電平，用于上行發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)在鏈路開(kāi)關(guān)S控制下由上至下依次發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)電平在5V±5％時(shí)，為系統(tǒng)強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中的電平比較器組檢測(cè)出在這一狀態(tài)，在CPLD控制下，不僅使本地DSP子系統(tǒng)被復(fù)位，而且使這一狀態(tài)強(qiáng)制通過(guò)鏈路開(kāi)關(guān)S到達(dá)下一級(jí)，下一級(jí)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)執(zhí)行同樣操作，直至所有子系統(tǒng)均被復(fù)位。同樣原理，當(dāng)電平在4V±5％時(shí)為系統(tǒng)特殊命令狀態(tài)，用于旁路DSP執(zhí)行某些特殊操作(如極板推靠操作)。根據(jù)需要，特殊命令狀態(tài)數(shù)可以增加。
③CPLD是各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中管理串行遙測(cè)總線操作的核心器件。子系統(tǒng)復(fù)位后CPLD控制差分收發(fā)器為接收狀態(tài)，UART解碼遙測(cè)控制器發(fā)來(lái)的本地或地面命令，如果該命令串的地址與該子系統(tǒng)相符則被接收，否則被忽略。當(dāng)系統(tǒng)需要獲取各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)時(shí)，遙測(cè)控制器將自身的差分收發(fā)器置為接收狀態(tài)，并以正常鏈路電平開(kāi)放鏈路。這時(shí)，上方的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的CPLD封鎖鏈路，依次對(duì)DSP送來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼并通過(guò)差分收發(fā)器上傳，下方的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)因鏈路未開(kāi)放而處于等待狀態(tài)。上方數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)上傳完成后自動(dòng)開(kāi)放鏈路，下方的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)開(kāi)始上傳數(shù)據(jù)……，直至所有數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)完成全部上傳操作。系統(tǒng)在任意時(shí)刻只可能有一個(gè)差分收發(fā)器處于發(fā)送狀態(tài)。
④CPLD與DSP之間采用中斷和查詢方式交換數(shù)據(jù)。
本發(fā)明已經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，證明可在10m*10節(jié)(每節(jié)一個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng))的電纜長(zhǎng)度上達(dá)到2Mbits/s的傳輸速率，鏈路控制操作可靠。系統(tǒng)可在125℃、80Mpa條件下工作。
本發(fā)明完全解決了纜心資源限制、雙向高速傳輸和控制靈活可靠等技術(shù)難題。
CPLD在先進(jìn)的EDA開(kāi)發(fā)環(huán)境下采用現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)完成，設(shè)計(jì)快速、靈活、可靠。
權(quán)利要求
1.一種用于石油測(cè)井井下儀器的串行遙測(cè)總線及其接口技術(shù)，其特征在于由鏈路控制線CHAIN、差分傳輸數(shù)據(jù)線DATA+DATA-和地線GND等四條線組成串行遙測(cè)總線；由一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD、電平比較器組、差分收發(fā)器及數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)均由遙測(cè)控制器控制，它們之間采用半雙工通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串行遙測(cè)總線及其接口技術(shù)，其特征在于所說(shuō)的復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD包括控制邏輯、編碼器和通用異步收發(fā)器UART及數(shù)據(jù)采集接口，數(shù)字信號(hào)處理器DSP將采集到的數(shù)據(jù)傳入CPLD后經(jīng)差分收發(fā)器送到串行遙測(cè)總線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串行遙測(cè)總線及其接口技術(shù)，其特征在于所說(shuō)的電平比較器組接受遙測(cè)控制器的指令并送入復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD中的控制邏輯電路，然后控制鏈路控制線CHAIN上的電子開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于石油測(cè)井井下儀器的串行遙測(cè)總線及其接口技術(shù),它是由鏈路控制線CHAIN、差分傳輸數(shù)據(jù)線DATA+DATA－和地線GND等四條線組成串行遙測(cè)總線;由一個(gè)包括控制邏輯、編碼器和通用異步收發(fā)器UART及數(shù)據(jù)采集接口的復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD,電平比較器組、差分收發(fā)器及數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng),每一個(gè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)均由遙測(cè)控制器控制,它們之間采用半雙工通訊;鏈路控制線CHAIN上的電子開(kāi)關(guān),由CPLD中的控制邏輯電路控制。
文檔編號(hào)E21B47/12GK1249391SQ9912121
公開(kāi)日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1999年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月1日
發(fā)明者鞠曉東, 李會(huì)銀 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(華東)