喜马拉雅FM计划赴美IPO，拟融资至多10亿美元，
06-18
简介 在传统的石油测井行业中，数据信号传输采用“一对一”的RS总线传输，技术含量低，通用性差。
，可靠性低。
近年来，基于现场总线的数据传输方法得到发展，国内外出现了基于现场总线（Lon Works、CAN等）的测井仪器设备。
现场总线技术的使用在一定程度上减少了布线工作量，但由于需要有线供电，并不能显着减少布线。
此外，在钻孔开始之前必须铺设通讯线路和供电线路。
井场搬迁过程中，拆装工作量大，容易造成设备损坏。
特别是小型录井仪器主要用于生产井。
它们的测量参数较少，钻孔周期短，因此传感器的拆装特别繁琐。
根据小型测井仪器的应用特点，将短距离无线数据传输技术[1]引入到测井数据传输系统中，替代井场工程参数的短距离有线电缆传输，可以避免各种干扰。
上面提到的缺点。
无线传输方式及电台的选择 在测井项目中，根据生产现场的条件，现场传感器与仪器房的距离从几十米到几百米不等，很短的距离。
无线通信。
目前可应用于工业领域的短距离无线通信技术主要包括：红外数据传输（IrDA）和无线局域网。
11h（Wi-Fi）、蓝牙、ZigBee和超宽带无线电（UWD）等[2]，这些技术都有各自的特点和适用范围。
红外数据传输不受无线电干扰，无需申请频率。
然而，它是一种视距传输。
相互通信的两个设备必须对齐且可见，并且中间不能有任何障碍物。
由于井场各传感器的位置和距离不确定，不适合井场数据传输。
无线LAN.11b技术是一种基于电磁波传输的无线通信技术，使用2.4GHz ISM频段。
这种通信方式具有速率高（可达11Mbit/s）、覆盖范围大（可达m）的特点，但其功耗太大，对于电池供电的测井传感器来说是一个致命的缺陷。
蓝牙技术也是一种基于电磁波传输的无线短距离通信技术。
通信频段同样是2.4GHz ISM频段，可以提供1Mb/s的传输速率和10米的传输距离。
ZigBee技术基于IEEE .15.4标准，工作在2.4 GHz ISM公共频段。
有效覆盖范围在10~75m之间，数据传输速率为10kB/s~kB/s。
超宽带无线电是近年来迅速发展的一种新型通信方式。
它基于脉冲脉冲本身的宽频谱特性。
通过对特殊波形的脉冲脉冲进行调制，得到携带信息、满足频段要求的无线电信号。
。
超宽带无线电直接发射脉冲，不需要中频和射频电路，有利于减小尺寸和能耗。
综合考虑可靠性、数据传输实时性、低功耗和成本等多方面因素，采用美国MaxStream公司的低功耗、高速无线数传电台24XStream，具有以下突出特点特点：工作频率为2.4GHz，该频段无牌照限制，避免与现场低频信号和公共无线通信频段冲突，传输可靠。
使用时只需将DB9接口连接到PC或微处理器上，通过串口向电台发送数据，另一端从电台接收数据即可。
通过串口读取数据即可实现无线通讯；工业级产品工作温度为-40~85℃，可满足钻井现场要求；在室内或城市无天线情况下传输距离可达米，可部署在室外空旷区域。
天线传输距离可达数公里，可满足测井现场的应用条件。
测井无线数据传输系统的设计与实现 系统结构设计如图1所示，井场采集板和数据传输站通过串口连接，将采集的数据发送到测井仪测量节点的房间。
。
测井仪家用计算机与现场无线采集传输节点之间的通信网络结构为点对多点的主从结构。
传输的数据量并不大。
主机按照一定的周期通过指令依次巡检各个站点。
无线采集传输模块，采集数据。
图1 系统结构设计图 测井无线数据传输通信协议 系统采用异步串行通信方式传输测量数据。
录井无线数据传输的工作流程大致如下： ·仪器房主电脑发出命令，要求现场某个无线采集传输模块采集信号并上传数据； ·相应的现场无线采集传输模块接收命令并采集被测参数信号并将处理后的数据发送至上位机； ·现场无线采集传输模块上传数据后进入等待状态，直到监控计算机完成对所有无线采集模块的巡检，再次向采集传输模块发出命令。
该系统是点对多点的通信，需要设计数传电台、单片机、终端上位机之间的通信协议。
24XStream数字传输站具有固有的点对点之间的通信协议，有自己的帧格式标准，对传输的数据采用CRC校验。
对于用户来说，数据传输是透明的[3]。
用户可以根据应用系统需求，对外封装自己的协议，进一步提高数据准确性。
本系统采用bit/S串口通信速率。
单片机读取前端数据后，首先将数据打包，添加帧头，添加校验码并填充数据形成传输帧，然后将数据通过串口发送到无线传输站，然后将其调制在2.4GHz频段上以bit/S数据速率进行无线传输。
由于测井数据采集和传输有多个节点，且在测井过程中同时工作，为了保证数据传输的实时性，必须实行轮询工作。
每个节点都有一个地址，每帧数据中介绍了每个数据采集板的编号。
即每个采集板被赋予不同的地址，并根据地址循环访问，形成主机和多个传感器节点。
通信网络[4]。
当上位机访问该节点时，发出相应的地址命令。
下位机将数据封装成帧，并以地址字节作为帧头。
上位机根据帧头区分数据类型，并将接收到的数据存储到相应的数据库中。
，进行数据处理和解释。
通信首先要实现正确的两方之间的正确握手，以便上位机广播站发送一个字节地址。
下位机收到1个字节后，与该节点原来的固定地址进行比较验证。
该地址与该节点的地址匹配。
之后验证通过，握手成功，表示上位机有数据发送请求，下位机准备数据读取动作，然后上传实际测量的物理量字节；如果没有收到节点地址信息，则失败，不会启动上传数据过程。
规定一帧数据包含6个字节，第一个字节为数据源地址标识，第2、3、4字节为对应物理量的16进制表示，第5字节为铅酸电池。
电压值，最后一个字节是和校验字节。
系统使用和校验将一帧数据的前5个字节相加。
上位机接收到一帧数据后，进行同样的运算，并将运算结果与该帧数据的最后一个字节进行比较。
如果相同，则数据正确；如果不同，则表明该帧数据有错误，将被丢弃。
现场应用测试证明，上述协议能够满足测井系统等数据传输速率不高、数据量不大的应用中的系统需求。
测井无线传输系统低功耗设置与测试 现场测井采集传输模块采用“太阳能电池板+充电电池”的无线供电技术。
为了不影响测井操作，电源需要能够不间断地提供所需的电力。
电池中储存的电能用于供给无线采集传输模块夜间运行。
遇到连续阴雨天时，必须保证无线采集传输模块至少工作三天。
考虑到充电电池的容量和太阳能电池板的功率，应采用合理的设计方法，尽可能降低系统功耗。
除了考虑数据采集板器件的低功耗选型和设计外，系统工作模式的设置也非常重要。
影响无线收发电路功耗的因素有很多，包括节点使用的调制模式、数据速率、发射功率和工作周期。
从系统的工作流程可以看出，单个现场无线采集传输模块并不是一直工作的。
在一个检查周期的大部分时间里它都处于等待状态。
例如小型测井仪一般有5个现场节点，每个节点要求每秒采样一次，即巡检周期为1秒。
日志数据传输量不大。
一般上位机发出的命令为1字节。
无线采集传输模块每次上传的有效数据为4字节，包括其他信息，不超过12字节。
。
根据每次上传12字节和通信波特率计算，一次数据通信耗时T=12*8/=0.01s，即单个无线采集传输模块与上位机每次通信最多10毫秒。
无线采集传输模块处于空闲状态超过ms。
24XStream电台有4种工作模式，即发送、接收、空闲和睡眠状态。
各工作模式下的电流消耗如表1所示。
表1无线数传电台的功耗特性 从表1的数据可以看出，电台的电流非常大发送时较大，空闲状态下的电流消耗与接收状态下相同。
也就是说，无论是工作状态还是空闲状态，其消耗电流均不小于90mA。
在睡眠状态下，电流消耗仅为6mA。
如果在毫秒内没有数据发送或接收的空闲时间内允许无线采集传输模块休眠，则可以大大降低系统的功耗。
图2利用24XStream提供的计算软件计算出电台在各种情况下的功耗。
图2 电台功耗计算 基于数据传输量、通信速率和睡眠功能三个因素，计算电台的功耗分为5种情况：A、B、C、D、E（周期均为1s，发射时电流为mA，接收/空闲时电流为90mA，休眠时电流为6mA）。
根据相同情况，进行了实际功耗测试和对比，如表2所示。
表2电台实际功耗测试 从计算对比和实际功耗测试对比来看，可以看到，使用睡眠功能后，电流消耗大大降低。
另外，数据传输量的减少和通信速率的提高也可以在一定程度上降低功耗，但它们并不是影响系统功耗的主要因素。
需要指出的是，电台从睡眠状态唤醒需要一定的时间，实际测量的功耗略高于理论计算值，但总体来说，当电台处于休眠状态时，功耗很低。
使用睡眠功能。
结论 钻井现场大功率电机及其他仪器设备较多，电磁辐射非常严重。
而且，现在钻井作业不仅在荒野地区进行，有时也在靠近城市建筑物的地方进行。
在这些地区进行测井作业时，数据的无线传输会受到影响，高大的建筑物会对无线通信的质量和传输距离产生一定的影响。
本文设计的测井数据传输系统采用的是XSteam24无线数传电台。
它在 ISM 频段工作。
具有数据传输准确、抗干扰性能好、功耗低等特点。
与传统的数据通信方式相比有很多改进和改进，满足了测井工程的要求。
需要。
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