便携式数控测井地面系统的研究与设计

摘要

本论文致力于便携式数控测井地面系统的研究。在全面、细致地分析了井下仪器回传信号的类型、数据通信的特点基础上，提出了一种基于CAN总线的分布式多MCU并行处理设计思想，确定了一套确实可行的便携式数控测井地面系统的方案。文中不仅对组成该系统的信号分离板、深度测量板、A/D采集板、WTC（WTC-Wireline Telemetry Cartridge）板和定时计数板的硬件电路设计及软件功能进行了系统、深入的研究，而且通过妥善解决系统软硬件调试中所遇到的问题，对整个系统的抗干扰性、可靠性、稳定性等问题也进行比较细致的研究。在一定程度上，给国内数控测井地面系统的研究起到良好的借鉴作用。 本文应用C8051F040单片机实现了对井下仪器常用的三类信号的分离；重点探讨并实现了以TMS320F241 DSP为核心的模拟量信号、光电编码信号、曼彻斯特Ⅱ码和脉冲信号的硬件设计。论文充分利用DSP处理器内部资源，以软件方式高效解决了曼彻斯特Ⅱ码的解码工作，提出了综合改进型M/T法为脉冲信号的测量提供可靠的手段，并将实时数据采集、CAN总线数据通信有机结合于一体，大大提高了系统数据通信实时性、可靠性、可扩展性和维护性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题背景

1.2国内外在本领域中的研究现状

1.3数控测井系统简介

1.4论文的研究内容及章节安排

2系统整体设计

2.1便携式数控测井地面系统的设计思想

2.1.1基于CAN总线的分布式多MCU并行处理系统体系结构

2.1.2基于CAN总线的分布式多MCU并行处理系统的特点

2.2地面系统的组成

2.3地面系统的实现方式

2.4地面系统的特点

2.5 小结

3系统硬件设计

3.1信号分离板的设计

3.1.1模拟量信号调理单元设计

3.1.2脉冲量信号调理单元设计

3.1.3曼切斯特编码信号调理单元设计

3.1.4继电器矩阵电路设计

3.1.5 CAN通信接口电路设计

3.2深度测量板的设计

3.2.1 DSP技术介绍及TMS320F241外围电路设计

3.2.2 脉冲限幅整形电路设计

3.2.3 磁记号与张力测量电路设计

3.3 A/D采集板的设计

3.3.1信号极性选择

3.3.2可编程增益运放

3.3.3高速A/D采样电路设计

3.4 WTC板的设计

3.4.1曼彻斯特编码信号

3.4.2曼彻斯特码的编码

3.4.3曼彻斯特码的解码

3.4.4曼彻斯特码硬件电路设计

3.5定时计数板的设计

3.6小结

4系统软件设计

4.1信号分离板的软件设计

4.1.1软件功能概述及主流程图

4.1.2单片机初始化

4.1.3 CAN发送和接收程序设计

4.1.4 继电器切换程序

4.2深度测量板的软件设计

4.2.1软件功能概述及主流程图

4.2.2张力与磁记号测量程序设计

4.2.4光电编码信号采集程序设计

4.2.5 DSP片内CAN控制器模块的程序设计

4.2.6 DSP CAN接收和发送程序设计

4.3 A/D采集板的软件设计

4.3.1 软件功能概述及主流程图

4.3.2 SPI通信程序设计

4.3.3 A/D采集程序设计

4.4 WTC板的软件设计

4.4.1软件功能概述及主流程图

4.4.2捕捉单元初始化设置

4.4.3曼切斯特Ⅱ码解码程序设计

4.5定时计数板的软件设计

4.5.1软件功能概述及主流程图

4.5.2脉冲测量方法介绍

4.6 小结

5系统调试及实验

5.1系统硬件电路板的制作

5.2系统软件调试

5.3实验测试

5.3.1测井信号传输及电缆模拟器

5.3.2曼切斯特Ⅱ码信号测试

5.3.3低频模拟信号测试

5.3.4脉冲信号测试

5.4实验结论及工程实现的几点考虑

5.5 小 结

6结论与展望

6.1结论

6.2论文的创新点

6.3展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢