CN202900264U - 随钻测量井下仪器信号传输总线结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其包括总线、植入在每个短节内部的调制解调电路板以及短节中心控制器，所述总线和短节中心控制器通过调制解调电路板连接在一起；本实用新型的有益效果是：1、电气结构简单，井下工具各短节间只有1条单芯总线相连，便于机械部分的设计加工；2、便于井下仪器系统扩展，井下工具各短节可以按需要进行位置调换和数目增减，而不受各自接口互异的限制；3、因为连接方式为单芯总线连接，便于故障诊断和维修。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种随钻测量井下仪器短节间的电气连接结构，尤其是一种随钻测量井下仪器信号传输总线结构。
背景技术
在定向井钻井工程中，随钻测量井下仪器为短节式连接结构，各短节间进行电气连接和机械连接，电气连接用以提供电源和进行信号传输，机械连接用以传递钻井液和扭矩。目前，井下仪器间的电源供给和信号发送接收都采用点对点直接连接方式，该方式最少由电源线、信号线2条线连接，且当各短节间进行顺序调整或增减短节时，还需要重新设计走线布局。该连接方式系统结构复杂，扩展性差，增加了机械部分的设计难度，不便于井下工具组装、更换，不便于故障的诊断和维修，井下工具结构复杂，工作可靠性差。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用载波通讯技术形成单总线系统的随钻测量井下仪器信号传输总线结构。
为了解决上述技术问题，本实用新型包括总线、植入在每个短节内部的调制解调（modem）电路板以及短节中心控制器，所述总线和短节中心控制器通过调制解调电路板连接在一起；所述总线为将电源线和传输信号线集成为一根的电源载波通讯总线；所述调制解调电路板包括：
解调电路，用于将所述总线上传输的频率信号转换成二进制信号；
单片机，用于接收和处理所述调制电路转换后的二进制信号以及用于对所述调制电路输出二进制信号，并通过所述RS485串口通讯电路与所述短节中心控制器进行数据通讯；
调制电路，用于将所述单片机输出的二进制信号转换成频率信号并经放大电路传递给总线；
复位电路，用于所述单片机复位；
总线滤波电路，用于滤去所述总线输出电压的纹波；
DC/DC电压转换模块，用于对经所述总线滤波电路滤波后的输出电压进行电压变换，并为单片机、解调电路、调制电路、放大电路、RS485串口通讯电路以及复位电路提供电源。
所述单片机为89C51芯片。
所述DC/DC电压转换模块为单路输出高温电源模块。
所述调制电路包括74HC04反相器、74HC40103减法器和74HC74触发器，所述减法器分别与反相器、触发器和单片机相连接，所述触发器与放大电路相连接。
所述解调电路包括XR2211芯片及其外围电路。
所述RS485串口通讯电路包括MAX485芯片及其外围电路，并能够通过逻辑电路实现分时复用。
所述复位电路包括MAX708芯片及其外围电路。
本实用新型的有益效果是：
1、电气结构简单，井下工具各短节间只有1条单芯总线相连，便于机械部分的设计加工；
2、便于井下仪器系统扩展，井下工具各短节可以按需要进行位置调换和数目增减，而不受各自接口互异的限制；
3、因为连接方式为单芯总线连接，便于故障诊断和维修。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1是本实用新型随钻测量井下仪器信号传输总线结构的连接结构示意图；
图2是本实用新型随钻测量井下仪器信号传输总线结构的数字调频技术波形图；
图3是本实用新型中调制解调电路结构原理框图。
具体实施方式
参见图1至图3，本实用新型的随钻测量井下仪器信号传输总线结构包括总线1、植入在每个短节内部的调制解调电路板以及短节中心控制器2，所述总线1和短节中心控制器2通过调制解调电路板连接在一起；所述总线1为将电源线和传输信号线集成为一根的电源载波通讯总线；所述调制解调电路板包括：
解调电路4，用于将所述总线1上传输的频率信号转换成二进制信号；
单片机3，用于接收和处理所述调制电路4转换后的二进制信号以及用于对所述调制电路5输出二进制信号，并通过所述RS485串口通讯电路7与所述短节中心控制器2进行数据通讯；
调制电路5，用于将所述单片机3输出的二进制信号转换成频率信号并经放大电路6传递给总线1；
复位电路8，用于所述单片机3复位；
总线滤波电路10，用于滤去所述总线1输出电压的纹波；
DC/DC电压转换模块9，用于对经所述总线滤波电路10滤波后的输出电压进行电压变换，并为单片机3、解调电路4、调制电路5、放大电路6、RS485串口通讯电路7以及复位电路8提供电源。
所述单片机3为89C51芯片。
所述DC/DC电压转换模块9为单路输出高温电源模块。
所述调制电路5包括74HC04反相器、74HC40103减法器和74HC74触发器，所述减法器分别与反相器、触发器和单片机相连接，所述触发器与放大电路6相连接。
所述解调电路4包括XR2211芯片及其外围电路。
所述RS485串口通讯电路7包括MAX485芯片及其外围电路，并能够通过逻辑电路实现分时复用。
所述复位电路8包括MAX708芯片及其外围电路。
为了简化井下工具的机械结构，增强可扩展能力，本实用新型设计了一种利用频移键控（FSK）信号调制方式的电源载波通讯总线，发送方将二进制信号通过调制解调器调制成频率信号传输到总线1上，接收方从总线1上接收到频率信号后通过调制解调电路板解调后得到二进制信号，供给单片机3进行处理，从而实现电源线和信号线的复用。井下各短节与总线1只有一个电气接口，该总线系统下各短节接口具有标准性和统一性。
本实用新型能够通过信号转换、调制解调、滤波、放大，而最终将供电电源和传输信号合并，并且利用载波通讯技术形成单总线系统，即井下系统单总线接口技术(BH-BUS)，也就是上述总线1。
总线1采用单线制总线结构，即电源和信号复用总线。总线1是把36V电源和传输信号集成为一根的电源载波通讯总线，传输信号为二进制数字频率调制信号。移频键控（FSK）数字调频是利用载频频率变化来传递数字信息的方法，这种调制解调方式容易实现，抗噪声性能较强。信号中心频率为194KHz；二进制码对应的频率分别为：1=184KHz，0=205KHz，如图2所示。
总线信号在调制解调电路板上被分解为电源信号和数据通讯信号。总线信号通过滤波电路，再经DC/DC电压转换模块9进行电压变换后，给各芯片提供+5V直流电源，如图3所示。调制解调电路板与总线1、调制解调电路板与短节中心控制器2之间均通过调制解调电路板的单片机3串口进行数据通讯，两组串口通讯通过逻辑电路控制实现分时复用。
如图1所示，总线1可以挂接多个调制解调电路板，每个调制解调电路板被分配1个独立的地址，各短节的地址与对应的调制解调电路板地址相同。作为发送方短节的调制解调电路板通过单片机将发送给总线的二进制数据发送给调制电路进行调制，调制后的频率信号，通过滤波放大等电路传输到总线1上，在井下工具各短节间进行载波通讯；作为接收方短节的调制解调电路板接收到总线上的信号后，通过解调电路对信号进行解调，解调成二进制码后通过串口传送给接收方调制解调电路板的单片机3进行处理，这样就完成了一次通讯过程。
综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本实用新型的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本实用新型的范围之内。
Claims (7)
1.一种随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：包括总线（1）、植入在每个短节内部的调制解调电路板以及短节中心控制器（2），所述总线（1）和短节中心控制器（2）通过调制解调电路板连接在一起；所述总线（1）为将电源线和传输信号线集成为一根的电源载波通讯总线；所述调制解调电路板包括：
解调电路（4），用于将所述总线（1）上传输的频率信号转换成二进制信号；
单片机（3），用于接收和处理所述调制电路（4）转换后的二进制信号以及用于对所述调制电路（5）输出二进制信号，并通过所述RS485串口通讯电路（7）与所述短节中心控制器（2）进行数据通讯；
调制电路（5），用于将所述单片机（3）输出的二进制信号转换成频率信号并经放大电路（6）传递给总线（1）；
复位电路（8），用于所述单片机（3）复位；
总线滤波电路（10），用于滤去所述总线（1）输出电压的纹波；
DC/DC电压转换模块（9），用于对经所述总线滤波电路（10）滤波后的输出电压进行电压变换，并为单片机（3）、解调电路（4）、调制电路（5）、放大电路（6）、RS485串口通讯电路（7）以及复位电路（8）提供电源。
2.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述单片机（3）为89C51芯片。
3.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述DC/DC电压转换模块（8）为单路输出高温电源模块。
4.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述调制电路（5）包括74HC04反相器、74HC40103减法器和74HC74触发器，所述减法器分别与反相器、触发器和单片机相连接，所述触发器与放大电路（6）相连接。
5.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述解调电路（4）包括XR2211芯片及其外围电路。
6.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述RS485串口通讯电路（7）包括MAX485芯片及其外围电路，并能够通过逻辑电路实现分时复用。
7.按照权利要求1所述的随钻测量井下仪器信号传输总线结构，其特征在于：所述复位电路（8）包括MAX708芯片及其外围电路。
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