基于ARM的石油遥传测井地面系统的研究

摘要

石油遥传测井技术贯穿于石油油气勘探、开发的全过程，是石油油气藏勘探、识别、评价的重要手段之一，也是石油开发中动态监测系统的重要组成，地面系统作为石油遥传测井技术中的重要组成部分，在接收和处理井下遥传数据信号的过程中发挥着不可或缺的作用。
　　 本文致力于基于ARM的石油遥传测井地面系统的研究。在总结、归纳测井回传信号的类型及数据通讯特点的基础上，结合地面系统所需实现功能要求，规划了单MCU的多任务并行处理系统的设计思想，确定了切实可行的研究方案。本文对于地面系统功能的实现（如信号的采集、分离、调理、传输以及曼彻斯特Ⅱ码编码信号的解码等）进行了研究，从而确立了基于ARM体系结构芯片LPC2148为核心的各个重要模块（如深度信号采集模块、遥传信号采集模块、脉冲信号采集模块、模拟量信号采集模块、显示模块及通讯模块等）的硬件电路设计，并对其软件功能的实现进行了深入研究。基于系统可行性实验的基础上，妥善解决了软硬件调试过程中遇到的问题，最终确立了基于ARM7体系结构芯片LPC2148为核心的单MCU遥传测井地面系统的设计方案。此研究方案充分利用了ARM芯片的高速、多任务处理等特点，合理利用了芯片内部资源，从而简化了外围电路设计，并且通过芯片内置定时器的定时与捕获功能实现了地面系统对曼彻斯特Ⅱ码信号进行软件解码的功能。
　　 此外，针对地面系统上位机与下位机的数据传输与通讯，本地面系统的通讯模块采用基于CH375芯片的USB数据通讯模块，方便的完成数据实时通讯的同时，提高了数据通讯的可靠性，方便拓展和维护，并且通过实验验证了方案可行性。此次方案的研究为软件解码曼彻斯特编码及地面系统朝着集成化，微型化，智能化，乃至嵌入式系统，网络化测井方向的发展提供了参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 课题的背景及相关概念

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 地面系统简介

1.3 发展趋势

1.4 本课题的研究内容及章节安排

2 遥传测井地面系统整体设计方案

2.1 系统输入信号分析

2.2 地面系统功能实现

2.3 核心芯片简介及本方案设计特点

2.4 本章小结

3 地面系统硬件设计方案

3.1 深度信号采集模块设计

3.1.1 深度脉冲限幅整形电路设计

3.1.2 张力与磁记号测量电路设计

3.2 遥传编码信号采集模块设计

3.2.1 曼彻斯特编码

3.2.2 遥传编码采集模块设计

3.3 脉冲信号采集模块设计

3.3.1 限幅放大电路设计

3.3.2 整形分离电路设计

3.3.3 展宽电路设计

3.4 模拟量采集电路设计

3.4.1 参考电压电路设计

3.4.2 模拟量采集模块电路设计

3.5 数码管显示模块电路设计

3.6 USB通讯模块电路设计

3.7 3.3V电源及复位电路设计

3.8 本章小结

4 地面系统软件设计方案

4.1 软件系统总体功能及流程图

4.2 深度信号处理设计

4.2.1 软件功能及其流程图

4.2.2 深度脉冲信号采集程序设计

4.2.3 深度与速度计算程序设计

4.2.4 张力与磁记号信号采集程序设计

4.3 遥传编码信号采集与解码程序设计

4.3.1 软件功能及其主流程图

4.3.2 捕获单元初始化设置

4.3.3 曼彻斯特Ⅱ码解码程序

4.4 脉冲信号采集程序设计

4.4.1 程序功能及主流程图

4.4.2 脉冲信号测量介绍

4.5 模拟信号采集程序设计

4.6 USB数据通讯程序设计

4.6.1 USB下位机接口程序设计

4.6.2 USB上位机接口程序设计

4.7 数码管显示及上位机数据处理测试软件设计

4.7.1 数码管显示

4.7.2 上位机数据处理测试软件

4.8 本章小结

5 地面系统调试与实验

5.1 系统子模块调试

5.1.1 PCB板复查

5.1.4 可行性验证

5.1.2 LPC2148核心板管脚连接及其最小系统调试

5.1.3 USB通讯模块的验证

5.2 地面系统模拟调试

5.2.1 生成模拟曼彻斯特Ⅱ码信号

5.2.2 模拟解码过程及整体系统联机实验

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 系统特点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

攻读硕士学位期间发表的论文