文档介绍：2
直流载波下的井下仪数据通信传输协议
摘要：在油田分层采油与分层注水过程中，井下仪不仅需要供电，还需要与地面把握装置进行数据双向传输。针对井下系统供电和通信距离长、线缆成本高的状况，将低压直流载波通信技术引入系统应用，可有效削减供到PC端或服务器端。从而实现井下仪与地面的双向通讯。系统方案设计图见图1。
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2具体实现

井下注水把握系统是接受有线方式来实现井下仪器供电和数据传输。具体是指由钢管电缆或铠装电缆缆芯上供电的同时进行数据传输，井下仪把握电路的主控芯片将采集到的数据依据规定好的协议进行编码处理，把数据耦合到电缆上，地面把握装置同样通过解码电路把数据从电缆上解析出来完成数据的双向传输和指令把握。由于地层的环境简洁，通常处于高温高压的环境中，而且地层有一些杂波信号会对井下仪实时猎取数据带来干扰。一般不适合直接在电缆上传输，因此在信号传输前要先对信号相应的编码处理，本文设计了一种新型的脉冲编码协议。其编码规章与RS232比较相像，但是却有所区分，具体是将二进制“0”用“10”进行，把二进制“1”用“00”表示。

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基于直流载波的井下仪数据通信传输时速率接受9600波特率，将其经过脉冲编码后，通过软件延时把握每位的时间应当为208μs左右。井下仪采集一帧数据规定由20Bytes组成，并提前规定好协议避开数据混乱。规定帧头的第一个字节为13H，每帧数据的帧尾即最终一个字节为26H结束。在进行传输数据时先传低位，再传高位。由于选择的采集芯片为16位的AD7794，而选型的PIC单片机则是8位的，故单片机从采集芯片猎取的每一大帧数据，包含帧头帧尾共有42个字节的数据，传输时每帧的数据格式依据表1所示进行编码。下面以帧头13H为例进行详细的编码说明，13H的二进制码为“00010011”，依据事先规定的通信协议，编码后为“10101000、10100000”传输时数据先传低位在传高位，如图2所示。井下仪的各个参数由传感器进行信号采集，经过AD7794采集芯片模数转化处理后将数据发送给单片机进行处理和通信。该协议每帧数据包含10道信号，分别代表10个不同地址的参数，地址按0~9循环进行发送，地址定义如下：1—流量；2—温度；3—内压；4—外压；5—水嘴开度；6—电机状态；7—和检验；8—备用；9—备用；0—未用。其中每道信号由地址位、数据位、校验位以及延时位组成。单片机跟地面进行数据通信时先发低位后发高位。数据1为一个正脉冲，50%占空比延迟后紧跟一个负脉冲，数据0为一个负脉冲，50%占空比延迟后紧跟一个正脉冲，不能连续消逝正脉冲或负脉冲，否则，其次个脉冲不消逝。井下信号经过单片机编码后通过发码电路，主要由三极管和场效应管把握其电平状态。将采集的信号通过耦合电路耦合在钢管或铠装电缆上，通过电缆将信号传输到地面把握装置。地面把握装置则通过耦合电路将加载在电缆上的信号耦合下来进行处理。通过主控芯片进行数据算法的实现，从而解析出井下仪的流量、温度、压力、开度等重要数据。地面把握装置也能够通过发送指令完成对井下仪的流量和开度进行手动调整，从而完成双向通信。
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地面把握装置通过井上耦合电路把信号从电缆上提取出来后，经过信号滤波，整形后形成规章的脉冲信号后，为了能够使地面串口芯片直接接收井下的数据，还需要把信号从新解码。解码电路主要由触发电路结合适当参数的电阻、电容，使用RC网络中电容的充放电特性，能够将脉冲信号依据编码格式转化为标准的RS-232串口形式。解码数据格式如图3所示。

3数据传输

地面把握装置把井下采集的流量、压力、温度信号解码后与上位机进行通信，接受有缆智能分注系统软件，对采集的信号进行实时数据显示、曲线绘制以及历史数据的回放。并实现流量数据的计算与信号的存储。为了便于调试，地面把握电路与PC端的通信，接受成熟的异步单工通信方式，接受MAX232芯片作为电平转换接口，PIC单片机将井下采集到的信号通过串行口TX，与MAX232的T1IN口相连。MAX232的输出通过9针的DB9标准接口与PC机的RS232接口相连，具体电路如图4所示。能够实现地面的调试和试验，完成对数据收发的测试和验证。
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4仿真波形

井下仪的实时数据通过电缆进行传输，接受示波器对其载波信号进行波形监测。由于钢管电缆或铠装电缆上存在着分布电容，井下数据的传输距离较长，数据信号易被微分且有不同程度的干扰。由原来的脉冲方波信号变成不太规章的正弦波信号，所以耦合下