CN110095808A - 一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统及其使用方法。其中所述系统包括主站、N个子站，其中N为正整数，所述主站用于控制各子站协调工作，所述子站用于采集地震数据，其特征在于：所述主站与N个子站顺序连接；所述N个子站之间采用双向无址级联，其中所述双向无址级联是指任意两个子站的任意一端接口均可相连接。本发明可以实现采集站的双向无址级联，使采集站与采集站之间可以任意连接，极大地增加了设备连接的灵活性，更利于设备的搬运与布设，使得每个站之间可以使用最少线数连接，在减少了电缆线的同时也减小了电缆线的重量，使整个系统更加轻便，更适用于复杂地形下的地震数据采集。

Description

一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统及其使 用方法

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探中的分布式有缆地震仪，尤其是涉及应用于分布式有缆地震仪中的基于同步串口的双向无址级联数据传输系统及其使用方法。

背景技术

在地球物理勘探中，地震勘探方法是应用最广的勘探方法，地震仪就是以地震勘探方法为基本方法的地球物理勘探仪器。地震仪系统主要包含两大部分：地震震源和地震数据采集系统。其中，地震数据采集系统主要负责在地震震源激发时启动数据采集并将采集到的地震数据回收(即地震数据传输)。目前在不同种类的地震仪中，有缆地震仪是在实际地球物理勘探工作中使用最广泛的一种，而分布式有缆地震仪则是其中的一个重要的分支。

对于分布式有缆地震仪来说，其电缆线重量和数据传输速度是两个关键的技术参数。在实际的地球物理勘探工作中，由于勘探地点大部分处于野外，同时包括山地等复杂地形。如果电缆线过多，地震仪器设备笨重，那么在设备布设时将十分耗费人力、物力。在分布式有缆地震仪器中，电缆线的数量越少，则地震仪的布设将越简单；采集站之间的连接越灵活，则地震仪器的布设将越简便。所以，所以能够在保证地震仪器的布设灵活、轻便的同时保证数据的高速传输对于分布式有缆地震仪的应用具有重要意义。

当前，分布式有缆地震仪采集站的数据传输方法主要为以太网口传输，但是，使用以太网口传输数据就必须对采集站的所有网口进行IP地址的分配和路由表的建立，这既让采集站的初始化工作复杂化，又限制了地震仪采集站的灵活布设。专利【201310451852.8】“一种内置电源有线地震仪器及数据传输方法”中的采集站部分即采用的以太网的方式传输数据，因为该专利中每个采集站都有唯一的序列号和IP地址，所以其专利设计要求固定的采集站串联排列必须与固定的交叉站的固定排列接口连接，且采集站使用了内置电源使单个采集站的体积和重量增加，固化的设备连接和较重的采集站站体使得设备布设任务更为繁重。专利【201610395064.5】“地壳震动采集系统”中的采集站部分采用的是485总线转以太网的方式传输数据，但由于其采集站功能不完备，无法脱离上级站体工作，所以用6-12个采集站连接在一起再通过485总线转以太网接口连接到上位机，这使得设备连接的灵活性降低，不利于设备搬运与布设。

发明内容

本发明的目的是针对分布式有缆地震仪由于地震仪器设备复杂、繁重而造成的布设困难问题，和分布式有缆地震仪的数据高速传输问题，提出的一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统及其使用方法。

本发明提出了一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统，其包括主站、N个子站，其中N为正整数，所述主站用于控制各子站协调工作，所述子站用于采集地震数据，其特征在于：

所述主站与N个子站顺序连接；

所述N个子站之间采用双向无址级联，其中所述双向无址级联是指任意两个子站的任意一端接口均可相连接。

其中，所述主站的两个馈电通讯变压器与供电电源构成供电端设备，每个子站与上行方向相连的两个馈电通讯变压器构成受电端设备。

其中，所述子站之间采用自适应步进同步模式进行通信。

本发明还提出了一种基于上述系统的使用方法，其包括：

步骤101、系统上电；

步骤103、叫站；

步骤105、主站向子站发送自检命令；

步骤107、根据自检结果，对各子站设置参数；

步骤109、启动同步采集。

其中，所述步骤109之后，还包括：当各子站采集完地震数据之后，所述主站会向所述各子站发送上传数据命令，所述各子站收到命令之后会将本次采集的数据上传回主站。

其中，当所述主站在接收到所有子站的地震数据之后，分析传输结果，如果子站M的数据没有传输或者错误传输时，主站会向各子站发送带有所述子站M的站码的重传指令。

其中，每个子站在接收到该命令后会与自己的站码比较，如果相同，则进行重传操作，如果不同，则转发重传命令至下一子站。

其中，步骤109中所述同步采集指的是当子站2接收到启动采集命令后，比较本站站码与整个系统上全部站的站码，得到的差值(N-1)，其中，整个系统全部站包括1个主站和N个子站，则全部站站码为N+1，其中整个系统所述差值为启动采集命令在整条通讯链路中被转发的次数，将其定义为延时系数，而每次转发命令的时间为相同的Δt，将其定义为延时时间，子站1在发送完启动采集命令后，会等待延时系数(N-1)*Δt的时间再启动采集。

其中，数据采集完成后，最末端的子站首先向主站发送采集完成的状态报告；当倒数第二个子站接收到最末端的子站的采集完成的状态报告后，会等待一段时间，以确定尾站的采集完成的状态报告发送完毕，随后该子站会向上转发最末端的子站的采集完成的状态报告并向主站方向发送本站的采集完成的状态报告，以此类推。

其中，每个子站完成采集完成的状态报告的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到所有的报告后，会向子站方向发送上传数据命令。

本发明在采集站上使用同步SPI接口转LVDS驱动的方式进行数据传输，LVDS驱动可以实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的优点。因为SPI接口具有主、从模式灵活转换的特点，所以可以实现采集站的双向无址级联，使采集站与采集站之间可以任意连接，极大地增加了设备连接的灵活性，更利于设备的搬运与布设。采用馈电通讯变压器将SPI接口的数字信号耦合至电源供应线，使得每个站之间可以使用最少线数连接，在减少了电缆线的同时也减小了电缆线的重量，使整个系统更加轻便，更适用于复杂地形下的地震数据采集。

附图说明

图1为与本发明实施例一致的基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统结构及原理框图；

图2为与本发明实施例一致的采集链供电图；

图3为与本发明实施例一致的采集站同步串口通讯结构图；

图4为与本发明实施例一致的命令码表；

图5为与本发明实施例一致的帧结构图；

图6为与本发明实施例一致的叫站流程图；

图7为与本发明实施例一致的主站数据传输系统通信流程图。

具体实施例

本发明是基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统及其使用方法，本领域研究人员基于本发明的宗旨所做的修改和变化属于本发明的保护范围。

本发明的地震数据传输系统主要包括两个部分：主站(根节点)和子站(采集站)。如图一所示。

主站的构成：主站主要由微控制器(MCU)STM32F103、LVDS接口芯片、馈电通讯变压器和供电电源构成。MCU的片上高效SPI接口与LVDS接口芯片的相连接，与LVDS芯片另一侧相连接的馈电通讯变压器共同构成同步串口通讯结构，馈电通讯变压器与电缆线相接，电缆线与其他子站连接。主站的任务是向子站发出叫站、自检、设置参数、启动采集、上传数据和数据重传命令。使各个子站完成站码分配、确定上下行方向及上下行接口、自检、设置采集参数、启动采集、上传地震数据和坏包重传的任务。控制整个采集链上地震数据的采集和传输，保证采集站的正常工作。

子站的构成：以STM32F103作为MCU，还包括LVDS接口芯片、馈电通讯变压器和ADS1282数据采集单元。一方面，子站的MCU与ADS1282数据采集单元连接，控制子站的地震数据采集工作；另一方面，MCU上的两个高效SPI接口分别与两片LVDS接口芯片相连，每片LVDS接口芯片与两个馈电通讯变压器相连，共同构成同步串口通讯结构用于传输主站的指令和子站数据和消息的回传。

供电模式：如图二所示，将主站的两个馈电通讯变压器与供电电源构成供电端设备，而每个子站与上行方向相连的两个馈电通讯变压器构成受电端设备。在主站端，对馈电通讯变压器的次级线圈设计1:1比例的抽头，并将供电电源的正负极分别接到两个抽头上，而该馈电通讯变压器的次级线圈的两端又通过电缆与子站1上行接口的馈电通讯变压器初级线圈的两端相连。将子站1上行接口的两个馈电通讯变压器的初级线圈进行1:1比例的抽头，这样子站1就得到了供电电压，再将这两个中间抽头连接到子站1的下行接口的两个馈电通讯变压器的次级线圈的中间抽头上，而该馈电通讯变压器的次级线圈的两端又通过电缆与下一子站上行接口的馈电通讯变压器初级线圈的两端相连。重复上述操作，这样就完成了对所有站的供电。

同步串口通讯：子站利用STM32F103片上的2路高效的SPI接口，扩展出出左右侧通讯电路。系统的数据流可以自动完成从左向右，或从右向左的数据传输。为了适应接口隔离的变压器，通讯采用了自适应步进同步模式，即发送端主动发出多个同步头，接收端通过对多个同步头经过变压器启动延迟适应输出检测，软件适应变压器硬件的启动滞后响应，完成发送端与接收端的同步通讯。

双向无址级联的实现：由上文中子站的构成可知，每个子站的数据传输结构都是对称的。子站MCU上使用的是两个相同的SPI接口，连接着相同的LVDS接口芯片和馈电通讯变压器，所以子站的两个同步串口的结构是完全相同的，如图三所示。子站间的数据传输是依靠两个子站的相邻SPI接口灵活的master和slave模式转换完成的。当SPI0有待传数据时，该SPI0接口会从SCK脚发送出时钟信号，即有待传数据的SPI0接口会转换为master模式，而与之相邻的SPI接口就会转换为slave模式。数据会通过MOSI接口随着时钟信号从master模式下的SPI0接口发送到相邻的slave模式下的SPI接口。时钟信号SCK会通过LVDS接口芯片转换成低压差分信号SCK+和SCK-，差分信号SCK+和SCK-再通过馈电通讯变压器和数传电缆传输到相邻站的馈电通讯变压器上，馈电通讯变压器会将差分信号SCK+和SCK-传输给LVDS接口芯片，LVDS接口芯片会将其转换回LVTTL信号SCK，这样处于slave模式下的SPI接口就接收到了SPI0发送来的时钟信号。数据通过MOSI脚传输，传输方式与SCK相同。当SPI1接口有数据发送时，则该接口会转换为master模式，则与之相接的SPI接口就转换为slave模式，并重复上述过程，这样就完成了两个相邻站的数据传输。所以无论子站之间如何连接，只要叫站、自检和设置参数的准备工作完成，就可以进行双向的数据传输，从而实现子站的双向无址级联。

数据帧的构成：如图四和图五所示，为了使子站能够完成站码分配、自检、设置参数、启动采集、上传数据和坏包重传的任务，本发明设计了一系列专用于本发明的数据帧结构。本发明的数据帧包括同步头、命令段、包长度、参数段、数据段和循环冗余校验段。同步头包含了数据帧的同步信息，用于对齐数据流；命令段包含不同的命令的代码，包括主站发出的叫站命令、自检命令、设置参数命令、启动采集命令、上传数据命令和坏包重传命令，还有子站发出的以上命令的ACK回应命令；包长度包含数据帧的长度信息；参数段包含相应命令所指定的参数；数据段包含参数所对应的数据内容与上传采集到的数据；循环冗余校验段包含循环冗余校验码，该校验码是通过循环冗余校验算法将整个数据帧计算得到。

本发明在数据传输时采集链有以下三种工作模式：

监听模式：在地震设备布设完成后，要对整个采集链上的设备进行初始化工作，初始化工作也就是叫站，叫站是为了分配各站站码和确定采集链上下行方向。主站会以广播的形式向子站方向发送叫站命令，各个子站接收到叫站命令后会进行站号分配并向下个子站发送叫站命令。各个子站在接收到叫站命令之前都处于监听模式，此时各个子站的上行口与下行口尚未明确，等待叫站命令到来分配站码并确定上下行口。

上行模式：上行模式是每个站的上行口所对应的SPI接口转换为master模式，而每个站的下行口转换为slave模式，此时，每个站都可以向上行方向即主站方向发送数据和状态报告。

下行模式：下行模式是每个站的下行口所对应的SPI接口转换为master模式，而每个站的上行口转换为slave模式，此时，每个子站都可以向下行方向即子站尾站方向发送各种命令。

上行模式与下行模式之间的转换：为了保证同步串口命令和数据的正常传输，结合SPI接口的特点，利用软件的方式实现了上行模式与下行模式之间的转换。即当处于下行模式的子站向下行方向发送命令之后，该子站会转换为上行模式以便进行命令结果的回传。当处于上行模式的子站向上行方向发送完命令结果后，该子站会转换为下行模式以便向下行方向发送或转发下一条命令。

以下是本发明通信流程中需要进行的通信过程基本操作：

叫站：叫站是本发明中的数据传输系统布设完成之后的初始化工作，主要目的是为各站分配站码确定上行口与下行口(SPI0和SPI1，哪个为上行口，哪个为下行口)，并将已发出叫站命令的站从监听模式转换为上行模式，用以将采集链最末端的子站所发出的叫站回应沿着上行方向传输回主站。

自检：自检是完成叫站之后的下一步工作，由主站向子站方向发送自检命令，各子站在接收到自检命令后会启动本站的自检工作并将自检命令向下一子站转发，当采集链上的尾站完成自检后将自检结果沿着上行方向传输回主站，其他各子站会转发其他子站的自检结果并上传本站的自检结果。

设置采集参数：设置参数是主站在子站采集之前为子站设置各种采集参数所进行的操作。主站会向子站方向发送带有所设置的参数信息的设置参数命令，每个子站接收命令后会按照命令设置参数。设置的参数包括采样率、通道增益和采样长度。其中，采样率为采集站每秒从连续的地震信号中提取并组成离散信号的采样个数；通道增益为采集站的前向通路放大的增益值；采样长度是指能够分析到信号中的最低频率所需要的时间记录长度。

启动采集：当各站做好采集地震数据的准备后，主站会向子站方向发送启动采集命令，子站接收到命令后即启动同步采集。本发明中的同步采集是指当子站1接收到来自主站的启动采集命令时，会比较本站站码(子站1站码为2)与采集链上全部站站码(包括1个主站和N个子站，故全部站站码为N+1)，得到的差值(N-1)即为启动采集命令在整条通讯链路中被转发的次数，将其定义为延时系数。而每次转发命令的时间为相同的Δt，将其定义为延时时间。子站1在发送完启动采集命令后，会等待延时(N-1)*Δt的时间再启动采集，此时启动采集命令也已到达尾站，这样就实现了子站1和尾站的同步采集。其他子站也会进行上述的处理，以实现整条采集链上的同步采集。

上传数据：当各子站采集完地震数据之后，主站会向子站方向发送上传数据命令，子站收到命令之后会将本次采集的数据上传回主站。

重传数据：重传是主站在接收到所有子站的地震数据之后，分析传输结果，如果某个子站的数据没有传输或者错误传输，那么主站会向子站方向发送带有那个站的站码的重传指令。每个子站在接收到该命令后会与自己的站码比较，如果相同，则进行重传操作，如果不同，则转发重传命令至下一子站。

本发明中地震数据传输系统及其实现双向无址级联数据传输的具体实施方法如下：

本发明中的地震数据传输系统中的主站及子站的MCU均为STM32F103，使用的SPI接口即为MCU上的两个SPI口。LVDS接口芯片使用的是SN65LVDS050芯片，该芯片集成了两个LVTTL信号转差分信号转换器和两个差分信号转LVTTL信号转换器，每个子站使用两片SN65LVDS050芯片即可。主站与子站使用的馈电通讯变压器的外侧线圈需要进行1:1比例的抽头，用于各站的供电。

如图一所示，地震传输系统由一个主站和若干子站构成，以主站为根节点，在主站上向后依次级联各个子站，直至将整个采集链上的所有子站连接完成。在整个通讯链路的连接上，每个站都可以进行双向无址级联，即任意两个子站的任意一端接口均可以相连接，这样极大的方便了地震设备的布置，减少了设备布置的时间与工作量。当所有的采集链布设完毕后，则地震数据传输系统连接完毕。主站数据传输系统通信流程如图七所示。

首先，地震数据传输系统会进行初始化工作，即叫站。如图六所示，叫站开始时，采集链上所有子站均处于监听模式。然后，主站通过同步串口发送叫站命令，此时，与主站相邻的子站会接收到叫站命令帧，该帧包括4字节的同步头、1字节的启动叫站命令、2字节的包长度、2字节的站码(Num)、2字节的全部站码(Total_num)和2字节的循环冗余校验码。其中，主站的站码为1，主站向子站方向发送叫站命令，主站会将Num加1发送给子站。此时叫站命令帧的Num为2，Total_num为已连接到采链的总站数N+1(主站站码为1、子站1的站码为2、子站2的站码为3…子站N的站码为N+1)。当与主站相邻子站的SPI0接口接收到数据帧时，该子站会将SPI0设置为上行接口，将SPI1设置为下行接口。同时，该子站会提取出数据帧中的Num并分配给自己，然后用Num与数据帧中的Total_num相比较，如果不相等则将数据帧中的Num加1并生成新的叫站命令，然后将叫站命令发送给下一个子站。每个子站会重复相同的操作，以完成站码的分配和上下行接口的设置，当主站和子站完成发送叫站命令的工作后，都会由监听模式转换为上行模式。当采集链上的尾站接收到叫站命令后，会得到相同的Num和Total_num，则该站会向主站方向发送叫站回应，叫站回应帧包括4字节的同步头、1字节的发送叫站回应命令、2字节的包长度、2字节的全部站码(Total_num)和2字节的循环冗余校验码。由于此时每个站都处于上行模式，所以叫站回应能够通过每个子站到达主站，当倒数第二个子站接收到尾站的叫站回应后，会等待一段时间，当再也没有数据包发送来之后，该站认为尾站的叫站回应发送完毕，这个站会继续进行叫站回应的发送。每个子站发送完叫站回应后，会由上行模式转换为下行模式，等待主站发送下一个指令。

当主站接收到叫站回应后，说明地震数据传输系统完成了初始化，各个子站的站码均已分配完成，确定了尾站的位置，而且完成了每个站的上下行方向的确定。然后主站会发送自检命令，主站发送的自检命令帧包括：4字节的同步头、1字节的启动自检命令、2字节的包长度、2字节的代表检查采集电路静态噪声的参数码、2字节的代表检查谐波失真的参数码、2字节的代表检查RAM状态的参数码和2字节的循环冗余校验码。由于此时每个子站都处于下行模式，所以每个子站都会接收到自检命令并将自检命令向下个子站发送，每个站发送完自检命令后就会转换为上行模式，以便向上行方向传输自检结果。每个站接收到自检命令后会解析自检命令帧中的信息，开始对本站的采集电路静态噪声、谐波失真和RAM的状态进行检查，并根据检查结果生成一个自检结果帧，自检结果帧包括：4字节的同步头、1字节的发送自检结果命令、2字节的包长度、2字节的本站站码、2字节的电路静态噪声结果码、2字节的共模抑制比参数码、2字节的存储结果码和2字节的循环冗余校验码。当采集链上的尾站完成自检之后，也会生成自检结果帧并向主站方向发送自检结果，当倒数第二个站接收到尾站的自检结果后，会等待一段时间，以确定尾站的自检结果发送完毕。然后这个站会向上转发尾站的自检结果并向主站方向发送本站的自检结果。每个站都会重复以上过程，以保证自检结果的成功上传。每个站完成自检结果的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到全部的自检结果确定每个子站的状态正常后，会发送下一个指令。

当主站接收到所有的自检结果后，会向子站方向发送设置采集参数的命令，设置采集参数的命令帧包括：4字节的同步头、1字节的设置采集参数命令、2字节的包长度、2字节的设置采样率参数码、2字节的设置通道增益参数码、2字节的设置采样长度参数码和2字节的循环冗余校验码。子站接收到设置采集参数的命令后会依照命令帧中的内容对本站的采样率、通道增益和采样长度进行设置。各子站在设置采集参数的同时会把设置采集参数命令向下一子站发送，然后转换为上行模式。每个站在设置完采集参数后会根据本站的采集参数设置情况生成参数设置报告帧并加入本站站码，设置采集参数报告帧包括：4字节的同步头、1字节的发送设置采集参数结果命令、2字节的包长度、2字节的本站站码、2字节的设置采样率结果码、2字节的设置通道增益结果码、2字节的设置采样长度结果码和2字节的循环冗余校验码。当尾站接收到设置采集参数的命令并完成参数设置后，会将生成的报告帧向主站方向发送。当倒数第二个站接收到尾站的参数设置报告后，会等待一段时间，以确定尾站的参数设置报告发送完毕。然后这个站会向上转发尾站的参数设置报告并向主站方向发送本站的参数设置报告。每个站都会重复以上过程，以保证参数设置报告的成功上传。每个站完成参数设置报告的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到所有的报告后，会向子站方向发送启动采集命令。

当主站接收到全部的设置参数报告后，会向子站方向发送启动采集命令。

启动采集命令帧包括：4字节的同步头、1字节的启动采集命令、2字节的包长度、2字节的采集链上的全部站数N+1和2字节的循环冗余校验码。当各子站接收到启动数据采集命令之后会启动数据同步采集，本发明中的同步采集指的是当子站1接收到启动采集命令后，会比较本站站码(子站1站码为2)与采集链上全部站站码(包括1个主站和N个子站，故全部站站码为N+1)，得到的差值(N-1)即为启动采集命令在整条通讯链路中被转发的次数，将其定义为延时系数。而每次转发命令的时间为相同的Δt，将其定义为延时时间。子站1在发送完启动采集命令后，会等待延时系数个Δt的时间即(N-1)*Δt的时间再启动采集，此时启动采集命令也已到达尾站，这样就实现了子站1和尾站的同步采集。其他的子站也会进行相同的操作，其他子站的延时系数也就是启动采集命令从该子站发送到尾站所要转发的次数，再乘以延时时间就是该站需要等待的时间。这样，当启动采集命令到达尾站后，所有的子站会同时开始地震数据的采集，这就实现了数据的同步采集。每个站在解析完启动采集命令之后，会将启动采集命令向下一子站发送启动采集命令，并转换为上行模式。

数据采集完成后，最末端的站会向主站发送采集完成的状态报告，启动采集报告帧包括：4字节的同步头、1字节的启动采集命令、2字节的包长度、2字节的本站站数和2字节的循环冗余校验码。当倒数第二个站接收到尾站的采集完成的状态报告后，会等待一段时间，以确定尾站的采集完成的状态报告发送完毕。然后这个站会向上转发尾站的采集完成的状态报告并向主站方向发送本站的采集完成的状态报告。每个站都会重复以上过程，以保证所有的采集完成的状态报告成功上传。每个站完成采集完成的状态报告的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到所有的报告后，会向子站方向发送上传数据命令。

当主站接收到所有站的采集完成的报告后会向子站方向发送上传数据命令。上传数据命令的命令帧格式为：4字节的同步头、1字节的开始上传命令、2字节的包长度、2字节的采集链上的全部站数N+1和2字节的循环冗余校验码。当子站1接收到上传数据命令之后会提取出采集链上的总站数N+1并与自己的站码相比较，如果不同则向下一子站方向转发上传数据命令并转换为上行模式，然后子站1会向主站方向发送含有本站站码和所采集到的地震数据的数据包，上传的数据帧格式为：4字节的同步头、1字节的上传数据命令、2字节的包长度、1024字节的地震数据段、2字节的本站站码和2字节的循环冗余校验码。当子站1发送完所有的数据包之后会进入等待。当尾站完成数据的上传后，会再向主站方向发送一个包括尾站站码的数据上传完成报告，上传数据报告帧格式为：4字节的同步头、1字节的发送上传报告命令、2字节的包长度、2字节的本站站码和2字节的循环冗余校验码。当倒数第二个站接收到尾站的数据上传完成报告后，会等待一段时间，以确定尾站的数据上传完成报告发送完毕。然后这个站会向上转发尾站的数据上传完成报告并向主站方向发送本站的数据上传完成报告。每个站都会重复以上过程，以保证所有的数据上传完成报告成功上传。每个站完成数据上传完成报告的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到所有的报告后，会向子站方向发送下一次采集工作的设置参数命令、启动采集命令和上传数据命令。

在每次采集过程中，当主站接收到上传的数据之后，会检查所接收到的数据，如果某个站的数据未上传，或发送来的是损毁的数据包，主站会向子站方向发送重传命令。重传命令帧包括：4字节的同步头、1字节的开始重传命令、2字节的包长度、2字节的需要重传数据的子站站码和2字节的循环冗余校验码。各子站会将重传命令依次向下传输，每个站会提取出命令中的需要进行重传的子站站码和自己的站码进行比较，同时继续向下转发重传命令并转换为上行模式，如果相同，则该站会重新上传采集到的地震数据。当需要重传数据的子站重传完数据之后会向主站方向发送数据重传完成报告，该报告帧的格式为：4字节的同步头、1字节的发送重传报告命令、2字节的包长度、2字节的本站站码和2字节的循环冗余校验码。转发过地震数据的子站和进行完重传任务的子站会转换回下行模式，以便进行下一次的地震数据采集工作。

本发明的实施例可以采取全部硬件实施例、全部软件实施例或者包含硬件和软件单元的实施例的形式。在优选实施例中，本发明由软件实现，其包括但不限于固件、驻留软件、微代码等等。此外，本发明可以采取可从提供程序代码的计算机可用或计算机可读媒体中访问的计算机程序产品的形式，该程序代码用于由计算机或任何指令执行系统使用或者与计算机或任何指令执行系统相结合。

为了说明起见，计算机可用或计算机可读媒体可以是可以包含、存储、通信、传播、或运送程序的任何装置，所述程序用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相结合。该媒体可以是电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或是传播媒体。计算机可读媒体的例子包括半导体或固体存储器、磁带、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。目前的光盘的例子包括致密盘—只读存储器(CD-ROM)、致密盘—读/写(CD-R/W)和DVD。

适于存储和/或执行程序代码的数据处理系统将包括至少一个通过系统总线直接或间接与存储单元耦合的处理器。存储单元可以包括在程序代码实际执行期间被部署的本地存储器、海量存储装置和高速缓冲存储器，所述高速缓冲存储器提供至少某种程序代码的临时存储装置以减少在执行期间代码必须从海量存储装置进行检索的次数。输入/输出或I/O设备(包括但不限于键盘、显示器、指示设备等)可以被直接地或通过中间I/O控制器耦合至系统。网络适配器也可耦合至系统以使数据处理系统能够变得通过中间的私人或公众网络耦合至其它数据处理系统或远程打印机或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡仅是一部分目前可用类型的网络适配器。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统，其包括主站、N个子站，其中N为正整数，所述主站用于控制各子站协调工作，所述子站用于采集地震数据，其特征在于：

所述主站与N个子站顺序连接；

所述N个子站之间采用双向无址级联，其中所述双向无址级联是指任意两个子站的任意一端接口均可相连接。

2.如权利要求1所述一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统，其中所述主站的两个馈电通讯变压器与供电电源构成供电端设备，每个子站与上行方向相连的两个馈电通讯变压器构成受电端设备。

3.如权利要求1所述一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统，其中所述子站之间采用自适应步进同步模式进行通信。

4.基于权利要求1-3所述系统的使用方法，其包括：

步骤101、系统上电；

步骤103、叫站；

步骤105、主站向子站发送自检命令；

步骤107、根据自检结果，对各子站设置参数；

步骤109、启动同步采集。

5.如权利要求4所述方法，其中所述步骤109之后，还包括：当各子站采集完地震数据之后，所述主站会向所述各子站发送上传数据命令，所述各子站收到命令之后会将本次采集的数据上传回主站。

6.如权利要求5所述方法，其中当所述主站在接收到所有子站的地震数据之后，分析传输结果，如果子站M的数据没有传输或者错误传输时，主站会向各子站发送带有所述子站M的站码的重传指令。

7.如权利要求6所述方法，其中每个子站在接收到该命令后会与自己的站码比较，如果相同，则进行重传操作，如果不同，则转发重传命令至下一子站。

8.如权利要求4所述方法，其中步骤109中所述同步采集指的是当子站2接收到启动采集命令后，比较本站站码与整个系统上全部站的站码，得到的差值(N-1)，其中，整个系统全部站包括1个主站和N个子站，则全部站站码为N+1，其中整个系统所述差值为启动采集命令在整条通讯链路中被转发的次数，将其定义为延时系数，而每次转发命令的时间为相同的Δt，将其定义为延时时间，子站1在发送完启动采集命令后，会等待延时系数(N-1)*Δt的时间再启动采集。

9.如权利要求4所述方法，其中数据采集完成后，最末端的子站首先向主站发送采集完成的状态报告；当倒数第二个子站接收到最末端的子站的采集完成的状态报告后，会等待一段时间，以确定尾站的采集完成的状态报告发送完毕，随后该子站会向上转发最末端的子站的采集完成的状态报告并向主站方向发送本站的采集完成的状态报告，以此类推。

10.如权利要求9所述方法，其中每个子站完成采集完成的状态报告的传输之后即转换为下行模式，当主站接收到所有的报告后，会向子站方向发送上传数据命令。