一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路技术方案

本发明专利技术公开了一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路，本发明专利技术采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特Ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，由信号处理电路直接读取，经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。本发明专利技术省去了现有技术中的地址锁存器，移位寄存器，触发器等大量分立器件的使用，减少了通讯电路的功耗和热耗散，有效减少恒温系统的工作负担和硬件成本开销。具有通讯可靠，传输稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路
本专利技术涉及一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路，属于油井通讯

技术介绍
随着原油开采的深入，提高采油效率，从油井的钻井到使用的全寿命过程中，都需要准确、全面了解其自身状况以及周边的地质情况变化，以便于制定相应的开采计划。在油井测量过程中，井下仪器与井上设备之间的联系通常通过通讯电路进行连接。目前进口的通讯电设备是由地址锁存器，移位寄存器，触发器等分立元件搭建的曼切斯特通讯电路，数字信号处理芯片通过并口访问通讯接口，并口通讯距离有限，且抗干扰性差。且由于进口产品大量采用分立元件搭建，硬件成本较高、体积大和通讯功耗都较大，加大了恒温系统的负担。国内现有的通讯设备虽然集成度高，但大都仅适应常温下使用环境。油田使用环境恶劣，高温高压条件下，通讯设备传输的可靠性较差，而且使用寿命短，设备维护成本较高。因此，现有技术还存在一些缺陷和不足，有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路，以解决在井下恶劣工作环境中，通讯电路工作可靠性差、寿命短、维护成本高的问题，从而克服现有技术的不足。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特Ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。前述通讯方法中，所述极性隔离变压器和驱动隔离变压器均采用工作频段为20.83～41.66kHz，最高工作温度不小于200℃，匝数比为1：1的变压器。前述通讯方法中，所述编码/解码器采用编码和解码可独立操作的Intersil公司出品的HD1-15530-8编码/解码器。前述通讯方法中，所述编码/解码器与时钟电路连接；时钟电路的时钟源采用4M时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500K两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟。用于上述通讯方法的本专利技术的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯电路，包括连接井下仪器和地面控制系统的主总线，主总线经极性隔离变压器与极性转换电路输入端连接，极性转换电路的单极输出端经编码/解码器、门电路与信号处理电路连接，信号处理电路经门电路、编码/解码器与编码/解码器连接，编码/解码器经信号驱动电路和驱动隔离变压器与主总线连接，通过主总线将信号输送至井下仪器。前述通讯电路中，所述编码/解码器与时钟电路连接。由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，本专利技术的通讯电路省去了地址锁存器，移位寄存器，触发器等大量分立器件的使用，减少了的功耗和热耗散，有效减少恒温系统的工作负担和硬件成本开销。在不增加任何电路形式的情况下，由并口半双工模式设计成串口全双工模式，有效增加了通讯通道，提高了通讯实时性和可靠性。通讯芯线由15根减少到7根，有效降低了接口设计负担，简化电路设计，提高可靠性。附图说明图1是本专利技术的电气框图；图2是编码操作时序图；图3是解码操作时序图；图4是曼切斯特格式示意图；图5是曼切斯特命令/数据格式示意图；图6是M命令和数据缆芯分配示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，如图1所示，该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特Ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。所述极性隔离变压器和驱动隔离变压器均采用工作频段为20.83～41.66kHz，最高工作温度不小于200℃，匝数比为1：1的变压器。所述编码/解码器采用编码和解码可独立操作的Intersil公司出品的HD1-15530-8编码/解码器。编码/解码器与时钟电路连接；时钟电路的时钟源采用4M时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500K两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟。根据上述方法构成并用于上述方法的本专利技术的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯电路，如图1所示，该通讯电路包括连接井下仪器和地面控制系统的主总线，主总线经极性隔离变压器与极性转换电路输入端连接，极性转换电路的单极输出端经编码/解码器、门电路与信号处理电路连接，信号处理电路经门电路、编码/解码器与编码/解码器连接，编码/解码器经信号驱动电路和驱动隔离变压器与主总线连接，通过主总线将信号输送至井下仪器。编码/解码器与时钟电路连接。实施例本例通讯电路主要负责从连接地面控制系统的主总线接收符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，将命令转换为信号处理电路可直接读取的并行数据，再将信号处理电路处理后送出的并行数据转换为曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至地面控制系统和井下仪器。本例的通讯电路如图1所示，主要由极性隔离变压器、极性转换电路、编码/解码器、门电路、信号处理电路、信号驱动电路、驱动隔离变压器和时钟电路构成。通讯电路工作于远端（RT）模式。本例中的时钟电路采用4M时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500K两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟，计数器采用TI公司的SN54HC4040J,该器件具有不大于1uA的低输入电流，输出能驱动多达10个LSTTL负载，2V至6V的宽工作电压，12ns的脉冲时延，具备低功耗的特点，不大于80uA的工作电流。本例中的极性隔离变压器和驱动隔离变压器均属于总线隔离电路，考虑到购买集成的耦合变压器价格昂贵、不便安装。HOLT公司生产变压器以及国内其他厂家生产的变压器存在一些不足之处，工作频率偏高，75kHz～1MHz，不适合WTS工作频率20.83kHz和41.66kHz频率段，且工作温度不高，一般为-55℃～+85℃。所以寻求代理公司代理5700系统上的进口变压器，该变压器最高温度能达到200℃或更高，工作频率满足要求，匝数比为1：1。本例中的编码/解码器选择Intersil公司的HD1-15530-8,该器件由编码和解码两部分组成，除了公用电源和复位功能外，编码和解码两部分的操作完全独立，该器件满足于任何MIL-STD-1553需求的应用场合，该器件具有如下所示的特点：1)适用于MIL－STD－1553；2）数据比率：1.25M；3）曼切斯特Ⅱ编码解码；4）编码/解码相互独立；5）25℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，其特征在于：该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特Ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，其特征在于：该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特Ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特Ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。2.根据权利要求1所述通讯方法，其特征在于：所述极性隔离变压器和驱动隔离变压器均采用工作频段为20.83～41.66kHz，最高工作温度不小于200℃，匝数比为1：1的变压器。3.根据权利要求1所述通讯方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先全，郭俊超，
申请(专利权)人：贵州航天控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52