超声波测井的井下数据采集与传输系统的实现（2） 数据采集, 超声波, 而且

yuyang911220

2.1 数据采集的实现
2.1.1 数字信号的采集
系统所需采集的数字信号的频率相差非常大。其中γ信号的频率在几赫兹到百赫兹之间。此信号直接进入单片机，用单片机的计数器进行计数，计算后得到频率。而超声波回的时间间隔只有几微秒，而且是定时产生，每次只出现一个。这样只能测量其周期。系统直接采用12MHz晶振信号的四分频作为测量周期的计数脉冲。除γ信号外的所有数字信号的采集模块完全集成在一片Lattice公司的isPLSI1016内。这样不仅大大提高了系统的集成度，满足了系统尺寸的特殊要求，而且增强了系统的可靠性和灵活性，方便系统的升级和调整。IsPLSI1016的内部设计框图如图2所示。

    2.1.2 模拟信号的采集
对于回波的尖峰值，每次启动超声波发射器后采集一次；而对温度、压力等监控信号，每当7.14Hz的信号对单片机中断后才进行采集。7.14Hz的信号由外部提供。由于对精度要求不高，这里采用8位的转换精度。
2.2 数据的存储与传输
井下的数据采集频率接近2kHz，数据量非常大，不可能被完全存储下来。而且井下所需要的也不是全部数据，当发出数据上传命令后的前一个周期的数据为所要求的数据。这个周期信号即为上面提到的由外部提供的频率为7.14Hz的控制信号。因此在数据存储时，把RAM分成两种，0000～0fff为第一块，1000～1fff为第二块。主CPU对两块存储区进行交替存储。
7.14Hz信号接到中断0口上，并采用边沿触发方式。每次中断后，主CPU将改变各种相关参数。例如改变存储数据的RAM初始地址，即上一次是第一块则这一次为第二块，反之亦然。同时对P1.3口取非，即通知从CPU，主CPU正在写那一块RAM，以避免以CPU读取数据时发生读写冲突。

    系统采用双口RAM作为CPU之间传递数据的中介，其结构图如图3所示。由于双口RAM的高速存取，使大量数据能够及时地传输。
2.3 命令下达与数据上传
当从CPU接收到地面下传的命令之后，进行解释并通知主CPU。考虑到信号传输的可靠性，井下与地面之间的通信使用1553总线协议。1553总线的传输速率能达到1MHz以上。曼切斯特编码作为信道编码，提高信号传输的抗干扰能力。为方便实现曼切斯特编码以及总线接口，系统采用了专用曼切斯特编码/解码芯片HD-6408。HD-6408与CPU的接口用一片Lattice1016来完成。1016主要完成数据的串并行转换，以及6408编码/解码所需的外部时序。1016直接挂在从CPU并行总线上，从CPU通过对外部数据存储空间的读写来完成命令字的接收和数据的上传。

3 实验结果与分析
图4是ispEXPERT SYSTEM的仿真波形图。仿真测出的剩余壁厚为0xbb即187，与预计的结果一致。在系统传输可靠性测试中，误码率在10 -9以下，由于井下条件恶劣，实际应用中会略高。
该系统在与超声波发生器和上位机组合调试中，性能明显优于原来的分离逻辑电路系统。系统采集的参数增多，灵活性增强，可根据用户的要求增强或省云部分功能，以节约成本。