CN106504493B - 一种电法勘探分布式电缆数据传输系统 - Google Patents

一种电法勘探分布式电缆数据传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电法勘探分布式电缆数据传输系统，包括分布式无线电法仪主机，分布式无线电法仪主机包括无线传输模块和有线传输模块接口，有线传输模块接口串联有若干级勘探单元，勘探单元包括一个中继装置及与该中继装置串联的若干个串联的智能电极，中继装置包括依次连接的天线、数据传输模块、核心处理器和通信模块，核心处理器还连接有供电模块，供电模块设置有第一前级接口，通信模块设置有第一后级接口，其中，第一级勘探单元串联的智能电极的第一端连接所述有线传输模块接口，第一级勘探单元串联的智能电极的第二端连接所述第一前级接口。本发明省去了分布式电缆的大部分工作，减轻分布式电缆的重量和体积。

Description

一种电法勘探分布式电缆数据传输系统
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，具体涉及一种电法勘探分布式电缆数据传输系统。
背景技术
电阻率成像技术的研究随着科学的发展和找矿的需要日臻完善，已从第一代发展到第四代。当前，电阻率采集系统以串行方式进行数据采集，数据传输与存储由主机完成，典型系统可分为集中式和分布式。第一至第三代电阻率成像仪器基本采用集中式，即将几十根电极通过多芯电缆连接到一个转换箱上，转换箱再根据需要选择电极进行测量。进入二十一世纪，出现了多通道的分布式高密度电阻率仪器。
传统的集中式和分布式电法勘探所用电缆包含：高压供电、直流低压供电、模拟量信号传输等，以30道电法仪器为例，包含：高压供电2芯、直流低压供电2芯、模拟量信号传输30芯，共34芯。电缆的体积和重量严重影响了野外工作的效率，同时模拟信号远距离的传输也降低了信号的有效性。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明在于提供一种电法勘探分布式电缆数据传输系统，将以前在电缆上长距离传输模拟信号的分布式电法仪主机设计成短距离CAN总线传输模拟信号到中继装置和长距离无线模块传输数字信号到分布式电法仪主机的分布式电法仪数据传输系统，用以减轻电缆的体积和重量，以及保护采集的数据的有效性可靠性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种电法勘探分布式电缆数据传输系统，包括分布式无线电法仪主机，所述分布式无线电法仪主机包括无线传输模块和有线传输模块接口，所述有线传输模块接口串联有若干级勘探单元，所述勘探单元包括一个中继装置及与该中继装置串联的若干个串联电极，所述中继装置包括依次连接的天线、数据传输模块、核心处理器和通信模块，所述核心处理器还连接有供电模块，所述供电模块设置有第一前级接口，所述通信模块设置有第一后级接口，其中，第一级勘探单元串联电极的第一端连接所述有线传输模块接口，第一级勘探单元串联电极的第二端连接所述第一前级接口，所述第一后级接口连接下一级勘探单元的串联电极的第一端，所述下一级勘探单元的串联电极的第二端连接再下一级勘探单元，依此，若干级勘探单元依次连接；所述天线与所述无线传输模块通信连接。
所述通信模块为基于CAN总线的通信模块，其中包括通信模块处理器，所述通信处理器包括型号为CTM8251的芯片。
所述有线传输模块接口为用于电缆连接的电缆接口；所述第一前级接口为用于电缆连接的第一前级电缆接口；所述第一后级接口为用于电缆连接的第一后级电缆接口。
所述若干个串联的电极之间电缆连接；所述第一前级电缆接口和所述第一后级电缆接口与所述串联电极电缆连接，所述中继装置与若干个串联电极之间电缆连接。
所述有线传输模块接口包括第二前级电缆接口和第二后级电缆接口，所述第二前级电缆接口和第二后级电缆接口分别连接有若干级勘探单元。
所述核心处理器包括型号为LPC1788的芯片。
所述若干个串联电极的个数为10个，电极间距为10米。
所述电缆为分布式电缆，包括6条线芯，分别为正向高压供电、负向高压供电、48V直流供电+、48V直流供电-、CAN通信H和CAN通信L。
本发明的有益效果为：使用无线数据传输模块来传输实验数据和发送分布式电法仪主机指令，省去了分布式电缆的大部分工作，减轻分布式电缆的重量和体积；
智能电极在采集后，直接在智能电极上经过模数转换将模拟量转换成数字量，直接与分布式电法仪主机相连的两条电缆上的智能电极的状态切换都是由分布式电法仪主机控制，不使用中继装置进行无线数据传输装置，使用电缆上CAN总线通信传送数据直接给分布式电法仪主机，其余分布式电缆上的智能电极所获得数字信号由CAN总线传输到中继装置中保存，最后使用无线数据传输模块发送给分布式电法仪主机，从而保证采集的数据的可靠和有效性，满足了电法仪对采集数据精度的要求，保证了使用电法仪的便利。
附图说明
图1为本发明具体实施的中继装置与分布式电法仪主机的连接结构示意图；
图2为本发明具体实施例的中继装置内部结构示意图；
图3为本发明具体实施例分布式电缆的内部线芯结构示意图；
图4为本发明中继装置的外部结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1~2所示，一种电法勘探分布式电缆数据传输系统，包括分布式无线电法仪主机，分布式无线电法仪主机包括无线传输模块和有线传输模块接口，有线传输模块接口串联有若干级勘探单元，勘探单元包括一个中继装置及与该中继装置串联的若干个串联电极，中继装置包括依次连接的天线、数据传输模块、核心处理器和通信模块，核心处理器还连接有供电模块，供电模块设置有第一前级接口，通信模块设置有第一后级接口，其中，第一级勘探单元串联电极的第一端连接有线传输模块接口，第一级勘探单元串联电极的第二端连接第一前级接口，第一后级接口连接下一级勘探单元的串联电极的第一端， 下一级勘探单元的串联电极的第二端连接再下一级勘探单元，依此，若干级勘探单元依次连接；天线与无线传输模块通信连接。本实施例核心处理器包括型号为LPC1788的芯片。
通信模块为基于CAN总线的通信模块，其中包括通信模块处理器，通信处理器包括型号为CTM8251的芯片。
有线传输模块接口为用于电缆连接的电缆接口；第一前级接口为用于电缆连接的第一前级电缆接口SI1；第一后级接口为用于电缆连接的第一后级电缆接口SI2。
若干个串联的电极之间电缆连接；第一前级电缆接口和第一后级电缆接口与串联电极电缆连接，中继装置与若干个串联电极之间电缆连接。本实施例的若干个串联电极的个数为10个，电极间距为10米。
有线传输模块接口包括第二前级电缆接口和第二后级电缆接口，第二前级电缆接口和第二后级电缆接口分别连接有若干级勘探单元。
如图3所示，核心控制模块使用核心处理器LPC1788芯片U1，分布式电缆装置供电模块使用DC-DC模块URB4805YMD-6WR3芯片U2，CAN总线通信模块使用CTM8251芯片U3，分布式电缆装置无线数据传输模块包括E32-DTU-1W无线数据传输模块U4和天线A1，分布式电缆内部总共6条线芯，包括正向高压供电、负向高压供电、48V直流供电+、48V直流供电-、CAN通信H和CAN通信L；分布式无线电法仪主机的第二前级电缆接口MI1和第二后级电缆接口MI2连接的每组分布式电缆的编址都是从1到10进行编号；
分布式电缆的编号方法只针对每一条分布式电缆，分布式电法仪主机和中继装置之间连接是完成野外实验的基础；电缆的编址是采集过程中分布式电法仪主机区分不同智能电极的唯一标识，每条分布式电缆制造相同，使用以下编址方法进行区分：分布式无线电法仪主机的第二前级电缆接口MI1一端连接编号为1一端的分布式电缆，编址为a-1、a-2、a-3直到a-10；分布式电缆智能电极编址为a-10一端连接中继装置的第一前级电缆接口SI1；中继装置的第一后级电缆接口SI2连接另一条编号为1一端的分布式电缆，编址为b-1、b-2、b-3直到b-10；分布式电缆智能电极编址为b-10一端连接下一个中继装置的第一前级电缆接口SI1，第二个中继装置的第一后级电缆接口SI2连接编号为1一端的分布式电缆，编址为c-1、c-2、c-3直到c-10；以此类推，得到分布式无线电法仪主机的第二前级电缆接口MI2一端连接的方式以及分布式电缆上智能电极编址的方法；
分布式无线电法仪主机的第二后级电缆接口MI2一端连接编号为1一端的分布式电缆，编址为1-1、1-2、1-3直到1-10；分布式电缆智能电极编址为1-10一端连接中继装置的第一前级电缆接口SI1；中继装置的第一后级电缆接口SI2连接另一条编号为1一端的分布式电缆，编址为2-1、2-2、2-3直到2-10；分布式电缆智能电极编址为2-10一端连接下一个中继装置的第一前级电缆接口SI1，第二个中继装置的第一后级电缆接口SI2连接编号为1一端的分布式电缆，编址为3-1、3-2、3-3直到3-10；以此类推，得到分布式无线电法仪主机的第二后级电缆接口MI2一端连接的方式以及分布式电缆上智能电极编址的方法；
核心处理器LPC1788芯片U1的+5V引脚连接URB4805YMD-6WR3芯片U2的+5V引脚；URB4805YMD-6WR3芯片U2的+48V引脚通过前级电缆接口SI1连接分布式电缆内部的48V直流供电+引脚，DC-DC模块URB4805YMD-6WR3芯片U2将+48V降压为+5V，满足中继装置的供电要求；
核心处理器LPC1788芯片U1的T14引脚连接CTM8251芯片U3的CTXD引脚，核心处理器LPC1788芯片U1的U15引脚连接CTM8251芯片U3的CRXD引脚，核心处理器LPC1788芯片U1的T14引脚和U15引脚用作CAN通讯与CAN总线通信模块进行通信；CTM8251芯片U3的CANH引脚和CANL引脚通过第一后级电缆接口SI2分别与分布式电缆上的CAN通信H和CAN通信L连接，分布式电法仪主机通过无线数据传输模块将电极的切换命令发送至相应的中继装置，中继装置收到命令解析后通过分布式电缆使用CAN总线来发送命令和接收数据以实现对分布式电缆上的10个智能电极的控制；智能电极通过接受命令控制继电器进行状态转换实现供电与采集之间的切换；信号采集完成后，智能电极通过CAN总线将数据传回分布式电法仪主机或中继装置保存，中继装置存储的数据通过无线模块将数据传输给分布式无线电法仪主机；
数据采集过程、数据处理以及数据发送基于本发明设计的中继装置，首先利用智能电极采集模拟电信号，在智能电极上由模数转换变成数字信号，通过分布式电缆的CAN总线传输给相应连接的中继装置或分布式电法仪主机中保存，中继装置存储的数字信号直接通过无线数据传输模块直接发送给分布式电法仪主机；其中编址为a开头和1开头的分布式电缆，即直接与分布式电法仪主机相连的两条电缆，这两条分布式电缆一端连接到分布式电法仪主机，另一端连接中继装置的第一前级电缆接口SI1，直接有分布式电法仪主机控制电极状态切换，不使用中继装置进行无线数据传输装置，直接使用电缆上CAN总线通信传送数据直接给分布式电法仪主机；
核心处理器LPC1788芯片U1的F15引脚连接E32-DTU-1W无线数据传输模块U4的RXD引脚，核心处理器LPC1788芯片U1的F17引脚连接E32-DTU-1W无线数据传输模块U4的TXD引脚，中继装置通过CAN总线接受分布式电缆上智能电极采集的数据，将数据保存在核心处理器LPC1788芯片U1，核心处理器LPC1788芯片U1通过与E32-DTU-1W无线数据传输模块U4的引脚连接实现对中继装置无线数据传输模块控制，通过天线A1直接传输给分布式无线电法仪主机。
图4为本实施例的中继装置的外部结构示意图。
需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电法勘探分布式电缆数据传输系统，包括分布式无线电法仪主机，所述分布式无线电法仪主机包括无线传输模块和有线传输模块接口，其特征在于：所述有线传输模块接口串联有若干级勘探单元，所述勘探单元包括一个中继装置及与该中继装置串联的若干个串联的智能电极，所述中继装置包括依次连接的天线、数据传输模块、核心处理器和通信模块，所述核心处理器还连接有供电模块，所述供电模块设置有第一前级接口，所述通信模块设置有第一后级接口，其中，第一级勘探单元串联的智能电极的第一端连接所述有线传输模块接口，第一级勘探单元串联的智能电极的第二端连接所述第一前级接口，所述第一后级接口连接下一级勘探单元串联的智能电极的第一端，所述下一级勘探单元串联的智能电极的第二端连接再下一级勘探单元，依此，若干级勘探单元依次连接；所述天线与所述无线传输模块通信连接；电缆为分布式电缆，包括6条线芯，分别为正向高压供电、负向高压供电、48V直流供电+、48V直流供电-、CAN通信H和CAN通信L。
2.如权利要求1所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述通信模块为基于CAN总线的通信模块，其中包括通信模块处理器，所述通信模块处理器包括型号为CTM8251的芯片。
3.如权利要求1所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述有线传输模块接口为用于电缆连接的电缆接口；所述第一前级接口为用于电缆连接的第一前级电缆接口；所述第一后级接口为用于电缆连接的第一后级电缆接口。
4.如权利要求3所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述若干个串联的智能电极之间电缆连接；所述第一前级电缆接口和所述第一后级电缆接口与所述串联的智能电极电缆连接，所述中继装置与若干个串联的智能电极之间电缆连接。
5.如权利要求1所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述有线传输模块接口包括第二前级电缆接口和第二后级电缆接口，所述第二前级电缆接口和第二后级电缆接口分别连接有若干级勘探单元。
6.如权利要求1所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述核心处理器包括型号为LPC1788的芯片。
7.如权利要求1所述的电法勘探分布式电缆数据传输系统，其特征在于：所述若干个串联的智能电极的个数为10个，智能电极间距为10米。
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