李巖 內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院遼河油田錦州采油廠

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)計(jì)*

柳智鑫1李巖1龔乃建21內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院2遼河油田錦州采油廠

為確保油井?dāng)?shù)據(jù)采集信息的準(zhǔn)確性，國(guó)內(nèi)各油田普遍采用了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)碼型可分為雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼，針對(duì)不同的碼型，電平的跳變流程也有所區(qū)別。嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)在碼型變換過程中完成數(shù)據(jù)信息之間的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了傳輸信道中數(shù)據(jù)信息的交換功能。應(yīng)用嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)，可在數(shù)據(jù)分析處理過程中，保證接收端無(wú)失真地將數(shù)據(jù)信息傳輸至終端處理器，減少噪音的累積，提高數(shù)據(jù)分析效率。

監(jiān)控系統(tǒng)；不歸零碼；電平；處理器；采集與處理

為保數(shù)油井據(jù)采集信息的準(zhǔn)確性，國(guó)內(nèi)各油田普遍采用了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嵌入式數(shù)據(jù)碼型可分為雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼，針對(duì)不同的碼型，電平的跳變流程也有所區(qū)別[1]。雙極性不歸零電平碼可完成0和1電平之間的跳變程序，在實(shí)際工作中，將接收設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息能夠無(wú)失真地傳輸至終端系統(tǒng)內(nèi)，完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的采集與處理功能[2]。

1 嵌入式數(shù)據(jù)碼型

在嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)拇a型中主要包括雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼等。嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)在碼型變換過程中完成數(shù)據(jù)信息之間的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了傳輸信道中數(shù)據(jù)信息的交換功能。

其中發(fā)揮主要作用的雙極性不歸零電平碼負(fù)責(zé)嵌入式油井監(jiān)控接收設(shè)備內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)信息碼片，完成數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)化。雙極性不歸零反向碼主要用于傳輸線路中數(shù)據(jù)信息的跳變過程，實(shí)現(xiàn)由模擬轉(zhuǎn)化至數(shù)字的過程。雙極性歸零碼主要用于數(shù)據(jù)信息編譯碼的過程，將傳送的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過傅里葉級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)化，確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息能夠滿足傳輸?shù)男诺廊萘?。曼徹斯特碼主要用于終端設(shè)備信息模塊的轉(zhuǎn)化，使其恢復(fù)至原始的數(shù)據(jù)信息，完成數(shù)據(jù)信息譯碼的過程。

1.1 雙極性不歸零電平碼

雙極性不歸零電平碼在接收設(shè)備內(nèi)完成信號(hào)之間的跳變過程，其中包括在信源設(shè)備內(nèi)的編碼及在濾波器設(shè)備內(nèi)的濾波，如圖1所示。實(shí)際工作中，接收設(shè)備將接收的濾波信號(hào)經(jīng)過傳輸信道傳輸至接收濾波器中，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)信號(hào)的抽樣、量化以及編譯碼過程，完成雙極性不歸零電平碼的轉(zhuǎn)變。在波形輸出過程中，0電平代表的是數(shù)據(jù)信息的比特碼，在數(shù)據(jù)信息傳輸過程中若連續(xù)傳輸0電平的比特信息，說明此時(shí)傳輸?shù)木€路處于空閑狀態(tài)。

圖1 信源設(shè)備編碼流程

1.2 雙極性不歸零反向碼

雙極性不歸零反向碼主要用于傳輸線路中數(shù)據(jù)信息的跳變過程，完成由模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字的過程。在嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，模擬數(shù)據(jù)信息主要依靠雙極性不歸零反向碼進(jìn)行傳輸，并實(shí)現(xiàn)了0和1電平之間的跳變。假設(shè)油井監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)碾娖酱a為1010011，若在雙極性不歸零電平碼轉(zhuǎn)化過程中，可將0、1電平進(jìn)行相互之間的轉(zhuǎn)化。但在雙極性不歸零反向碼中，在原有基礎(chǔ)上加大了電平交換程序，連續(xù)傳輸?shù)?電平波形不發(fā)生變化，傳輸1電平的信息波形會(huì)在兩者間波動(dòng)。

1.3 雙極性歸零碼

雙極性歸零碼主要用于數(shù)據(jù)信息編譯碼工作，系統(tǒng)將傳送的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過傅里葉級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)化，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息能夠滿足傳輸?shù)男诺廊萘?。這種信號(hào)的傳輸過程采用了信息時(shí)鐘的同步提取原理，實(shí)現(xiàn)了+1～-1電平之間的跳變，將每個(gè)傳輸?shù)拇a片信息在反向碼中進(jìn)行劃分[3]。

在幅值變動(dòng)區(qū)間上將1設(shè)定為最高幅值，-1設(shè)定為最低幅值，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行提取。若幅值變動(dòng)區(qū)間為+1～-1，每個(gè)變動(dòng)的數(shù)值內(nèi)都含有傳輸?shù)男畔⒘?，則在波形幅值達(dá)到+1時(shí)，傳輸信道內(nèi)到達(dá)的信息量為300M，傳輸?shù)乃俾蕿?0Mbps。這種信息傳輸?shù)乃俾誓軌蛟?0s內(nèi)將幅值為+1的波形含有的信息量傳輸至接收端，完成接收設(shè)備與終端設(shè)備信息之間的交換。雙極性歸零碼在傳輸信號(hào)波形過程中，信道容量成為傳輸過程中的一個(gè)難題，主要是因?yàn)樵趥鬏斶^程中，同步時(shí)鐘提取的信號(hào)只能進(jìn)行一次性信息傳輸，因此對(duì)傳輸信道的容量具有一定的限制，這也是技術(shù)人員后期要重點(diǎn)攻克的難關(guān)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)終端

2.1 硬件部分

嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備包括終端信息處理器、LCD顯示器、濾波器、固態(tài)硬盤、設(shè)備管理器、數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)器、傳感器、語(yǔ)音控制器等終端信息處理器等。

終端信息處理器具有數(shù)據(jù)信息的處理功能，主要將傳輸?shù)哪M信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，在碼型變換工作中負(fù)責(zé)將雙極性不歸零電平碼進(jìn)行轉(zhuǎn)化。LCD采用等離子顯示器，可播放高清畫面，保證監(jiān)控系統(tǒng)在采集信息圖像時(shí)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確。濾波器負(fù)責(zé)對(duì)抽樣后信息波形進(jìn)行過濾，抽樣的頻率為8000Hz，過濾程序中將超出或少于該頻率的波形過濾掉。固態(tài)硬盤負(fù)責(zé)存儲(chǔ)傳輸信息，每天采集的數(shù)據(jù)信息量大，若采集的數(shù)據(jù)大于固定容量時(shí)，便會(huì)造成數(shù)據(jù)信息的丟失，所以對(duì)于存儲(chǔ)的固態(tài)硬盤具有較高的要求設(shè)定。

2.2 軟件部分

嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件層包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層等。

物理層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流量包的封裝，將傳輸?shù)谋忍匦畔⑦M(jìn)行等效傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息和話音信息進(jìn)行不同信道的劃分。網(wǎng)絡(luò)層可將采集的數(shù)據(jù)打包，以數(shù)據(jù)包的形式在傳輸信道內(nèi)進(jìn)行傳輸。會(huì)話層、表示層以及應(yīng)用層屬于最高層的網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，完成整個(gè)傳輸數(shù)據(jù)包的處理過程，將完整的數(shù)據(jù)信息無(wú)失真地傳輸至終端設(shè)備內(nèi)，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)校正，完成數(shù)據(jù)塊的對(duì)接過程[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)，可在數(shù)據(jù)分析處理過程中，保證接收端無(wú)失真地將數(shù)據(jù)信息傳輸至終端處理器，減少噪音的累積，提高數(shù)據(jù)分析效率。這種技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于更多產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)更好、更快地發(fā)展。

[1]王幸之，王雷，翟成，等．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)[M]．北京：北京航空航天出版社，2000.

[2]張占孝．嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．油氣田地面工程，2014，33（4）：49-50.

[3]曾澤昊，余有靈，許維勝．基于插值同步算法的頻譜泄漏分析與仿真[J]．系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005（3）：19-22.

[4]余衛(wèi)江，陳衛(wèi)澤，等．實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在海洋石油勘探開發(fā)中的應(yīng)用[J]．計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2011（8）：31-33.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.055

基金論文：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制及其應(yīng)用”（NJZC：13349）。