CN109495134B - 一种基于测井电缆的数据通讯传输系统及数据传输方法 - Google Patents

一种基于测井电缆的数据通讯传输系统及数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于测井电缆的数据通讯传输系统，包括上位机，上位机通过测井电缆连接有电源电路，电源电路依次连接有驱动电路和数字控制器，数字控制器与井下设备连接。本发明还公开了一种基于测井电缆的数据传输方法，该方法通过本发明第一种技术方案的一种基于测井电缆的数据通讯传输系统实现数据传输，将两路数字信号合成为一路新信号数据，数字控制器收到新信号数据后，再通过解码运算得到原始的两路数字信号。本发明实现了在测井电缆上远距离、大幅度提高数据传输速率。

Description

一种基于测井电缆的数据通讯传输系统及数据传输方法
技术领域
本发明属于石油测井技术领域，涉及一种基于测井电缆的数据通讯传输系统，还涉及一种基于测井电缆的数据传输方法。
背景技术
随着油气勘探中传送数据的信息量的增大，提高信息的传输速率成为了首要问题。由于传输距离远和井下高温高压的影响，电缆传输信道较为恶劣，基带传输已经不能满足现代高速数据传输速率的要求；数据信号的高速传输与处理对系统实时性的要求也越来越高。因此需要更高的数据通讯传输速率来进行数据传输。
在测井系统中，国内外大多采用曼彻斯特编码进行数据传输，它是通过判断时钟周期内的电平变化来判断码元变化，由于存在码间干扰，数据传输速率一般只有20kbps，最高不超过100kbps。受现场条件的约束，曼彻斯特编码难以满足井上井下高速传输数据的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于测井电缆的数据通讯传输系统，实现了在测井电缆上远距离、大幅度提高数据传输速率。
本发明的另一目的是提供一种基于测井电缆的数据传输方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种基于测井电缆的数据通讯传输系统，包括上位机，上位机通过测井电缆连接有电源电路，电源电路依次连接有驱动电路和数字控制器，数字控制器与井下设备连接。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
数字控制器为单片机，单片机的型号为PIC18F4680T-I/PT。
电源电路包括工作电压相等的第一组电源、第二组电源和第三组电源，第一组电源负极接地，第一组电源正极连接有二极管D2的正极，第一组电源正极还连接有第二组电源负极，第二组电源正极连接有MOS管Q1的源级，MOS管Q1的漏级连接有二极管D1的正极，第二组电源正极还连接有第三组电源负极，第三组电源正极连接有MOS管Q2的源级，MOS管Q2的漏级、二极管D1的负极和二极管D2的负极均与输出端口连接，输出端口通过测井电缆与上位机连接，MOS管Q1的栅极、MOS管Q2的栅极均与驱动电路连接。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种基于测井电缆的数据传输方法，该方法通过本发明第一种技术方案的一种基于测井电缆的数据通讯传输系统实现数据传输，具体按照以下步骤实施：
步骤1、在上位机中将待发出的两路数字信号通过逻辑运算合成得到新信号数据，将新信号数据通过测井电缆向井下设备传输；
步骤2、在新信号数据通过测井电缆向井下设备传输的过程中，改变电源电路中的电平，以不同的电平改变表示不同的新信号数据；
步骤3、数字控制器接收新信号数据，并产生基带脉冲将新信号数据还原为步骤1中待发出的两路数字信号，并将该两路数字信号传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
步骤1中将待发出的两路数字信号通过逻辑运算合成得到新信号数据具体为，待发出的两路数字信号包括待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据组成第一位新信号数据，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据组成第二位新信号数据，按照上述方式组成新信号数据，直到分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据组成最后一位新信号数据，新信号数据共包括11、10、01和00四种数据类型。
步骤2中改变电源电路中的电平，以不同的电平改变表示不同的新信号数据具体为，数字控制器控制驱动电路驱动MOS管Q1栅极和MOS管Q2栅极，使MOS管Q1和MOS管Q2实现开通或关断，电源电路的输出端口输出一倍第一组电源的工作电压或两倍第一组电源的工作电压或三倍第一组电源的工作电压，以两倍第一组电源的工作电压变化为三倍第一组电源的工作电压的上升沿表示新信号数据11，以一倍第一组电源的工作电压变化为两倍第一组电源的工作电压的上升沿表示新信号数据01，以三倍第一组电源的工作电压变化为两倍第一组电源的工作电压的下降沿表示新信号数据10，以两倍第一组电源的工作电压变化为一倍第一组电源的工作电压的下降沿表示新信号数据00。
MOS管Q1和MOS管Q2均关断时，电源电路的输出端口输出一倍第一组电源工作电压；MOS管Q1导通，且MOS管Q2关断时，电源电路的输出端口输出两倍第一组电源工作电压；MOS管Q1关断，且MOS管Q2导通时，电源电路的输出端口输出三倍第一组电源工作电压；MOS管Q1和MOS管Q2均导通时，电源电路的输出端口输出三倍第一组电源工作电压。
步骤3具体为，数字控制器接收新信号数据，并产生第一基带脉冲和第二基带脉冲，第一基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号A，第二基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号B，数字控制器将还原出的一路数字信号A和一路数字信号B传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成；
第二基带脉冲比第一基带脉冲延迟半个码元宽度产生。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于测井电缆的数据通讯传输系统简单高效，实现了在测井电缆上远距离、大幅度提高数据传输速率，特别是上行通道的传输速率；本发明一种基于测井电缆的数据传输方法将两路数字信号合成为一路数据，传输数据数量减小为原来的一半，传码率加倍，即传输速率加倍，解决了测井电缆在现有技术上传输速率慢的问题，同时避免了信号的严重衰减和波形失真等问题。
附图说明
图1是本发明一种基于测井电缆的数据通讯传输系统的结构示意图；
图2是本发明一种基于测井电缆的数据通讯传输系统中电源电路的电路框图；
图3是本发明一种基于测井电缆的数据传输方法实施例中上位机发送端发送新信号数据的编码图；
图4是本发明一种基于测井电缆的数据传输方法实施例中电平变化上升沿下降沿对应新信号数据的表示形式图；
图5是本发明一种基于测井电缆的数据传输方法实施例中数字控制器还原初始待发出的两路数字信号的编码图。
图中，1.上位机，2.电源电路，3.驱动电路，4.数字控制器，5.第一组电源，6.第二组电源，7.第三组电源，8.二极管D2，9.MOS管Q1，10.二极管D1，11.MOS管Q2，12.输出端口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于测井电缆的数据通讯传输系统，如图1所示，包括上位机1，上位机1通过测井电缆连接有电源电路2，电源电路2依次连接有驱动电路3和数字控制器4，数字控制器4与井下设备连接，驱动电路3为MOS管驱动电路，驱动电路3中采用型号为SQ2308的MOS管，数字控制器4为单片机，单片机的型号为PIC18F4680T-I/PT。
如图2所示，电源电路2包括工作电压相等的第一组电源5、第二组电源6和第三组电源7，第一组电源5负极接地，第一组电源5正极连接有二极管D28的正极，第一组电源5正极还连接有第二组电源6负极，第二组电源6正极连接有MOS管Q19的源级，MOS管Q19的漏级连接有二极管D110的正极，第二组电源6正极还连接有第三组电源7负极，第三组电源7正极连接有MOS管Q211的源级，MOS管Q211的漏级、二极管D110的负极和二极管D28的负极均与输出端口12连接，输出端口12通过测井电缆与上位机1连接，MOS管Q19的栅极、MOS管Q211的栅极均与驱动电路3连接。
本发明一种基于测井电缆的数据传输方法，该方法通过本发明的一种基于测井电缆的数据通讯传输系统实现数据传输，具体按照以下步骤实施：
步骤1、上位机1中有待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据组成第一位新信号数据；分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据组成第二位新信号数据；按照上述方式组成新信号数据，直到分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据组成最后一位新信号数据；新信号数据共包括11、10、01和00四种数据类型，将新信号数据通过测井电缆向井下设备传输。
步骤2、在新信号数据通过测井电缆向井下设备传输的过程中，数字控制器4控制驱动电路3驱动MOS管Q19栅极和MOS管Q211栅极，使MOS管Q19和MOS管Q211实现开通或关断，MOS管Q19和MOS管Q211均关断时，电源电路2的输出端口12输出一倍第一组电源5工作电压；MOS管Q19导通，且MOS管Q211关断时，电源电路2的输出端口12输出两倍第一组电源5工作电压；MOS管Q19关断，且MOS管Q211导通时，电源电路2的输出端口12输出三倍第一组电源5工作电压；MOS管Q19和MOS管Q211均导通时，电源电路2的输出端口12输出三倍第一组电源5工作电压；以两倍第一组电源5的工作电压变化为三倍第一组电源5的工作电压的上升沿表示新信号数据11，以一倍第一组电源5的工作电压变化为两倍第一组电源5的工作电压的上升沿表示新信号数据01，以三倍第一组电源5的工作电压变化为两倍第一组电源5的工作电压的下降沿表示新信号数据10，以两倍第一组电源5的工作电压变化为一倍第一组电源5的工作电压的下降沿表示新信号数据00。
步骤3、数字控制器4接收新信号数据，并产生第一基带脉冲和第二基带脉冲，第二基带脉冲比第一基带脉冲延迟半个码元宽度产生，第一基带脉冲高电平有效时，新信号数据被还原并提取出待发出的一路数字信号A，第二基带脉冲高电平有效时，新信号数据被还原并提取出待发出的一路数字信号B，数字控制器4将还原出的一路数字信号A和一路数字信号B传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成。
通过上述方式，本发明一种基于测井电缆的数据通讯传输系统简单高效，实现了在测井电缆上远距离、大幅度提高数据传输速率，特别是上行通道的传输速率；本发明一种基于测井电缆的数据传输方法将两路数字信号合成为一路数据，传输数据数量减小为原来的一半，传码率加倍，即传输速率加倍，解决了测井电缆在现有技术上传输速率慢的问题，同时避免了信号的严重衰减和波形失真等问题。
实施例
本实施例提供一种基于测井电缆的数据传输方法，该方法通过本发明的一种基于测井电缆的数据通讯传输系统实现数据传输，本发明的一种基于测井电缆的数据通讯传输系统中三组电源的工作电压相等且均为24V，具体按照以下步骤实施：
步骤1、上位机1中有待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据组成第一位新信号数据；分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据组成第二位新信号数据；按照上述方式组成新信号数据，直到分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据组成最后一位新信号数据；如图3所示，新信号数据共包括11、10、01和00四种数据类型，将新信号数据通过测井电缆向井下设备传输，同时上位机1发出基带脉冲用于保护上位机1中的电路和器件正常工作。
步骤2、在新信号数据通过测井电缆向井下设备传输的过程中，数字控制器4控制驱动电路3驱动MOS管Q19栅极和MOS管Q211栅极，使MOS管Q19和MOS管Q211实现开通或关断，MOS管Q19和MOS管Q211均关断时，电源电路2的输出端口12输出24V电平；MOS管Q19导通，且MOS管Q211关断时，电源电路2的输出端口12输出48V电平；MOS管Q19关断，且MOS管Q211导通时，电源电路2的输出端口12输出72V电平；MOS管Q19和MOS管Q211均导通时，电源电路2的输出端口12输出72V电平；如图4所示，以48V变化为72V的上升沿A表示新信号数据11，以24V变化为48V的上升沿D表示新信号数据01，以72V变化48V的下降沿B表示新信号数据10，以48V变化为24V的下降沿C表示新信号数据00。
步骤3、数字控制器4接收新信号数据，并产生第一基带脉冲和第二基带脉冲，第二基带脉冲比第一基带脉冲延迟半个码元宽度产生，如图5所示，第一基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号A，第二基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号B，数字控制器4将还原出的一路数字信号A和一路数字信号B传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成。

Claims (5)

1.一种基于测井电缆的数据传输方法，其特征在于，该方法通过一种基于测井电缆的数据通讯传输系统实现数据传输，一种基于测井电缆的数据通讯传输系统包括上位机（1），所述上位机（1）通过测井电缆连接有电源电路（2），所述电源电路（2）依次连接有驱动电路（3）和数字控制器（4），所述数字控制器（4）与井下设备连接，具体按照以下步骤实施：
步骤1、在上位机（1）中将待发出的两路数字信号通过逻辑运算合成得到新信号数据，将新信号数据通过测井电缆向井下设备传输；
所述步骤1中将待发出的两路数字信号通过逻辑运算合成得到新信号数据具体为，待发出的两路数字信号包括待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第一位信号数据组成第一位新信号数据，分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的第二位信号数据组成第二位新信号数据，按照上述方式组成新信号数据，直到分别提取待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据，并将待发出的一路数字信号A和待发出的一路数字信号B的最后一位信号数据组成最后一位新信号数据，新信号数据共包括11、10、01和00四种数据类型；
步骤2、在新信号数据通过测井电缆向井下设备传输的过程中，改变电源电路（2）中的电平，以不同的电平改变表示不同的新信号数据；
所述步骤2中改变电源电路（2）中的电平，以不同的电平改变表示不同的新信号数据具体为，数字控制器（4）控制驱动电路（3）驱动MOS管Q1（9）栅极和MOS管Q2（11）栅极，使MOS管Q1（9）和MOS管Q2（11）实现开通或关断，电源电路（2）的输出端口（12）输出一倍第一组电源（5）的工作电压或两倍第一组电源（5）的工作电压或三倍第一组电源（5）的工作电压，以两倍第一组电源（5）的工作电压变化为三倍第一组电源（5）的工作电压的上升沿表示新信号数据11，以一倍第一组电源（5）的工作电压变化为两倍第一组电源（5）的工作电压的上升沿表示新信号数据01，以三倍第一组电源（5）的工作电压变化为两倍第一组电源（5）的工作电压的下降沿表示新信号数据10，以两倍第一组电源（5）的工作电压变化为一倍第一组电源（5）的工作电压的下降沿表示新信号数据00；
步骤3、数字控制器（4）接收新信号数据，并产生基带脉冲将新信号数据还原为步骤1中待发出的两路数字信号，并将该两路数字信号传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于测井电缆的数据传输方法，其特征在于，所述数字控制器（4）为单片机，单片机的型号为PIC18F4680T-I/PT。
3.根据权利要求1所述的一种基于测井电缆的数据传输方法，其特征在于，所述电源电路（2）包括工作电压相等的第一组电源（5）、第二组电源（6）和第三组电源（7），第一组电源（5）负极接地，第一组电源（5）正极连接有二极管D2（8）的正极，第一组电源（5）正极还连接有第二组电源（6）负极，第二组电源（6）正极连接有MOS管Q1（9）的源级，MOS管Q1（9）的漏级连接有二极管D1（10）的正极，第二组电源（6）正极还连接有第三组电源（7）负极，第三组电源（7）正极连接有MOS管Q2（11）的源级，MOS管Q2（11）的漏级、二极管D1（10）的负极和二极管D2（8）的负极均与输出端口（12）连接，所述输出端口（12）通过测井电缆与上位机（1）连接，MOS管Q1（9）的栅极、MOS管Q2（11）的栅极均与驱动电路（3）连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于测井电缆的数据传输方法，其特征在于，所述MOS管Q1（9）和MOS管Q2（11）均关断时，电源电路（2）的输出端口（12）输出一倍第一组电源（5）工作电压；所述MOS管Q1（9）导通，且MOS管Q2（11）关断时，电源电路（2）的输出端口（12）输出两倍第一组电源（5）工作电压；所述MOS管Q1（9）关断，且MOS管Q2（11）导通时，电源电路（2）的输出端口（12）输出三倍第一组电源（5）工作电压；所述MOS管Q1（9）和MOS管Q2（11）均导通时，电源电路（2）的输出端口（12）输出三倍第一组电源（5）工作电压。
5.根据权利要求1所述的一种基于测井电缆的数据传输方法，其特征在于，所述步骤3具体为，数字控制器（4）接收新信号数据，并产生第一基带脉冲和第二基带脉冲，所述第一基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号A，第二基带脉冲高电平有效时，新信号数据中还原并提取出待发出的一路数字信号B，数字控制器（4）将还原出的一路数字信号A和一路数字信号B传输给井下设备，基于测井电缆的数据传输完成；
所述第二基带脉冲比第一基带脉冲延迟半个码元宽度产生。
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