[發(fā)明專(zhuān)利]交叉站大線(xiàn)接口通信系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910081815.6
• 申請(qǐng)日: 2009-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101860410A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卞佳麗;姜耕;戴志濤;羅蘭兵;饒?zhí)m冰;易碧金;劉剛;李艷軍;賈艷芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04L1/00
• 分類(lèi)號(hào): H04L1/00;H04L12/58
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交叉站大線(xiàn)接口的通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外主要使用的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為法國(guó)Sercel公司的408UL地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及美國(guó)I/O公司的系統(tǒng)4地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。下面以這兩套系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)今的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交叉站大線(xiàn)接口的通信方法。

408UL為商用地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主處理器使用VxWorks操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與控制。

在Sercel公司所提供的408UL地震采集系統(tǒng)資料中介紹，系統(tǒng)所有設(shè)備之間的數(shù)傳線(xiàn)均為兩對(duì)絞合線(xiàn)。其中，在兩個(gè)交叉站之間的數(shù)傳速率為16.384Mb/s，而在帶有交叉站、電源站、采集站的大線(xiàn)中數(shù)傳速率為8.192Mb/s。408UL采用類(lèi)TCP/IP通訊協(xié)議，并分為異步通訊方式和同步通訊方式兩種。

408UL地震采集系統(tǒng)中，交叉站根據(jù)其工作狀態(tài)的不同分別稱(chēng)為主交叉站與從交叉站：主交叉站向采集站傳送命令；采集站向從交叉站傳輸數(shù)據(jù)和采集狀態(tài)。大線(xiàn)上采用的通訊方式為：主交叉站采用同步通訊方式加電激活排列，發(fā)出指令并開(kāi)始采集或測(cè)試；從交叉站采用異步傳輸方式收集采集站的地震數(shù)據(jù)和狀態(tài)，完成濾波、計(jì)算測(cè)試結(jié)果、壓縮打包數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到主機(jī)。無(wú)論是采集數(shù)據(jù)傳輸還是控制命令傳輸，二者的數(shù)傳速率相同，均為8.192Mb/s。其交叉站對(duì)大線(xiàn)接口的詳細(xì)控制通信技術(shù)保密。

408UL系統(tǒng)交叉站的硬件采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的芯片，其芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)為保密內(nèi)容。

美國(guó)國(guó)I/O公司的系統(tǒng)4儀器也是商用地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，交叉站和采集站之間采用RS485進(jìn)行通信，數(shù)傳速率為8Mbps，通信協(xié)議為自己定義的專(zhuān)用協(xié)議，屬于技術(shù)保密內(nèi)容。

交叉站是大型地震采集系統(tǒng)中每條大線(xiàn)的管理節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，也是大線(xiàn)與交叉線(xiàn)的交匯節(jié)點(diǎn)。交叉站可以向所連接大線(xiàn)上的下屬站單元發(fā)出控制信息，接收下屬站點(diǎn)的應(yīng)答和狀態(tài)信息。系統(tǒng)控制復(fù)雜度高，通信頻繁，通信量大。尤其在交叉站利用串口對(duì)大線(xiàn)控制端口的環(huán)節(jié)中，傳輸速率與實(shí)時(shí)性要求很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一套交叉站大線(xiàn)接口通信系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)VxWorks串口的驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行模式，以及處理協(xié)議的專(zhuān)用任務(wù)，以滿(mǎn)足地震儀器大線(xiàn)接口采集數(shù)據(jù)傳輸和控制命令傳輸?shù)囊螅岣邤?shù)據(jù)傳輸和命令處理的效率和穩(wěn)定性。

交叉站作為大線(xiàn)和交叉線(xiàn)的數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)，具備二級(jí)管理功能，管理大線(xiàn)上的所有站點(diǎn)。每個(gè)交叉站通過(guò)其兩側(cè)的大線(xiàn)接口串行連接采集站和電源站，每個(gè)采集站連接四個(gè)檢波器，從而組成設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，拾取地震信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)系統(tǒng)(儀器車(chē)內(nèi))進(jìn)行后期處理和存儲(chǔ)。

交叉站大線(xiàn)接口通信系統(tǒng)由兩塊相互連接的交叉站控制板和交叉站接口板組成；

交叉站控制板中嵌入式處理機(jī)的兩個(gè)串行通信控制器SCC1和SCC2，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片，連接交叉站接口板連接器，然后分別與交叉站接口板中大線(xiàn)兩側(cè)的兩個(gè)RS485收發(fā)器相連后，SCC1連接大線(xiàn)的高端，SCC2連接大線(xiàn)的低端；過(guò)程中此控制流執(zhí)行命令幀格式通信協(xié)議，由交叉站向大線(xiàn)方向傳送，定義每一個(gè)命令的內(nèi)容和編碼，保證整個(gè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確可靠的通信；

完成后，交叉站接口板中分別連接大線(xiàn)的高端和低端的兩片長(zhǎng)距離以太網(wǎng)物理層芯片實(shí)現(xiàn)傳輸速率為40Mbps數(shù)據(jù)的傳送；再通過(guò)FPGA器件將其轉(zhuǎn)換成100Mbps標(biāo)準(zhǔn)MII接口協(xié)議，與控制板中嵌入式處理機(jī)的FCC2口相連，實(shí)現(xiàn)命令應(yīng)答并接受大線(xiàn)數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)然后上傳；過(guò)程中此數(shù)據(jù)流執(zhí)行數(shù)據(jù)幀格式通信協(xié)議，由大線(xiàn)向交叉站方向傳送，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c可靠性。

交叉站至采集站/電源站的大線(xiàn)控制命令傳輸通信協(xié)議幀格式定義了每一個(gè)命令的內(nèi)容和編碼，采用UART幀，物理傳輸為RS485，提供下行的命令傳輸，控制幀采用類(lèi)HDLC包封裝，即采用0x7E+命令幀+0x7E的前后起始定界方式；控制幀最小長(zhǎng)度6字節(jié)，小于6字節(jié)為超短錯(cuò)誤幀；最大長(zhǎng)度受以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度限制。

采集站/電源站至交叉站應(yīng)答及采集數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議幀格式采用MAC幀，物理傳輸為L(zhǎng)RE。上行數(shù)據(jù)通道的命令采用和數(shù)據(jù)包一致的以太網(wǎng)MAC幀封裝，數(shù)據(jù)幀最小長(zhǎng)度13字節(jié)，小于13字節(jié)為超短錯(cuò)誤幀；最大長(zhǎng)度受以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度限制。

硬件系統(tǒng)同時(shí)設(shè)計(jì)一些外圍電路，如時(shí)鐘、電源等電路，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，也是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作最基礎(chǔ)的平臺(tái)。

在此硬件基礎(chǔ)上，完成了交叉站大線(xiàn)接口控制命令和采集數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)囊螅疵顐鬏斉c數(shù)據(jù)傳輸分別獨(dú)立進(jìn)行，工作時(shí)按需要將其傳輸通道進(jìn)行交互。