一种基于同步串口的双向无址级联地震数据传输系统的使用方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Bidirectional Addressless Cascaded Seismic Data Transmission System Based on Synchronous Serial Port and Its Application

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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为与本专利技术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为与本专利技术实施例一致的采集链供电图；图3为与本专利技术实施例一致的采集站同步串口通讯结构图；图4为与本专利技术实施例一致的命令码表；图5为与本专利技术实施例一致的帧结构图；图6为与本专利技术实施例一致的叫站流程图；图7为与本专利技术实施例一致的主站数据传输系统通信流程图。具体实施例本专利技术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专利技术的宗旨所做的修改和变化属于本专利技术的保护范围。本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2019.05.07 CN 20191037350891.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨弘渊，段豫松，张晓培，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22