一种伽马能谱测井通讯电路及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测井通讯领域，尤其涉及一种伽马能谱测井通讯电路及其系统。
【背景技术】
[0002]现有技术的伽马能谱测井系统采用C8051F580单片机，该单片机在温度上能够满足测井的需求，芯片内部也集成了较大容量的存储器和丰富强大的外设电路，是内部接口丰富、功能齐全、性能价格比较好的产品。
[0003]控制器局域网络(Controller Area Network,简称CAN)是为汽车行业开发的一种串行通信网络，由于其卓越性能现已广泛应用于诸多领域。CAN可提供高达IMbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了 CAN的抗干扰能力。
[0004]现场可编程门阵列(Field— Programmable Gate Array，简称 FPGA)，米用Lattice的LCMX02280C。此芯片在存储容量和温度上等均满足测井系统的需求，实现数据采集电路的高度集成，减小了仪器的体积、长度。
[0005]通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，简称UART)，是一种被广泛应用的通信设备的接口，该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。
[0006]自然伽马能谱测井是在钻孔内对岩石自然伽马放射线进行能谱测量与分析，分别测定地层内铀、钍、钾含量来研究井剖面地层性质的测井方法。目前，国内伽马能谱测井仪在石油工业的应用主要是通过自然伽马能谱测井所测量的U，Th, K含量来识别岩性、研究沉积环境、生油层，寻找储集层，确定粘土含量等目的，特点是含量测量范围小、测井仪直径大(一般大于90mm)。
[0007]近年来，计算机网络正推进着测井数据的传输技术朝网络化方向发展。随着成像测井仪器的研制和投入使用，测井数据量的不断增加，以及测井作业的恶劣环境，为研究和开发一种通用性强的测井网络传输系统提出了更高的要求。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术存在的上述不足，一方面，本发明提供了一种伽马能谱测井通讯电路。该通讯电路包括:单片机、上位机和现场可编程门阵列FPGA，其中，单片机与上位机通过第一总线连接，上位机通过第一总线向单片机发送指令；单片机收到指令后通过第一总线向上位机发送数据；单片机与FPGA通过第二总线连接，单片机通过第二总线向FPGA发送指令；FPGA收到指令后通过第二总线向单片机发送数据。
[0009]优选的，第一总线为控制器局域网络CAN总线，CAN总线设置有CAN收发器，单片机的第一管脚和第二管脚分别与CAN收发器相应的第一通讯管脚和第二通讯管脚相连。
[0010]优选的，CAN收发器具有差分发送和接收功能的两个总线端口，该两个总线端口分别连接CAN总线，与两个总线端口连接的两条CAN总线并联一个匹配电阻。
[0011]优选的，CAN总线的通讯帧包括:数据帧、远程帧、出错帧、超载帧，其中，数据帧包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、循环冗余校验码段、应答段和帧结束中的一种或多种；在编程时，针对CAN总线中的一个或多个通讯帧进行配置后，发送数据。
[0012]优选的，第二总线为通用异步收发传输器UART总线，单片机的第三管脚和第四管脚分别与FPGA中相应的第一通讯管脚和第二通讯管脚相连。
[0013]优选的，UART总线设置有UART收发器，UART收发器包括:发送模块，接收模块和波特率产生模块；其中，发送模块用于在接收到指令后，把相应的数据按UART通讯协议输出；其中，先输出I个低电平的起始位，然后从低到高输出8个数据位，然后输出可选的奇偶校验位，最后输出高电平的停止位；接收模块用于实时检测线路，接收数据；其中，当有数据传输时，启动接收数据进程，按从低位到高位接收数据；波特率产生模块用于为单片机和FPGA之间的通讯提供时钟信号。
[0014]优选的，单片机中UART收发器通讯设置的波特率和FPGA中UART收发器通讯设置的波特率需保持一致。
[0015]优选的，UART通信协议采用1+8+1+1/1.5模式，其中，起始位包含I个比特位、数据位包含8个比特位、校验位包含I个比特位、停止位包含I个或1.5个比特位，其余的为空闲位。
[0016]优选的，通过Verilog HDL语言和C语言分别编程完成FPGA和单片机之间的UART通讯，以及通过C语言编程完成上位机和单片机之间的CAN通讯。
[0017]另一方面，本发明提供了一种伽马能谱测系统，包括上述伽马能谱测井通讯电路。
[0018]在本发明中，单片机和上位机之间采用CAN通讯，单片机和FPGA之间采用UART通讯。CAN总线通讯具有高速的数据传输速率IMbit/s，而且能够检测出任何错误，具有很高的抗干扰能力；UART总线通讯可以实现全双工传输和接收。不仅实现最大限度的共享测井数据，而且提高信息实施处理能力。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1为本发明实施例提供的一种伽马能谱测井通讯电路结构示意图；
[0021]图2为图1所示伽马能谱测井通讯电路中上位机与单片机之间的CAN通讯电路结构示意图；
[0022]图3为图1所示伽马能谱测井通讯电路中CAN通讯的标准帧格式示意图；
[0023]图4为图1所示伽马能谱测井通讯电路中CAN通讯电路实现程序流程图；
[0024]图5为图1所示伽马能谱测井通讯电路中单片机与FPGA之间的UART通讯电路结构示意图；
[0025]图6为图1所示伽马能谱测井通讯电路中单片机与FPGA之间的UART通讯帧格式
示意图。【具体实施方式】
[0026]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]图1为本发明实施例提供的一种伽马能谱测井通讯电路结构示意图。如图1所示，该通讯电路包括单片机U14、上位机和FPGA U20H。
[0028]单片机U14与上位机通过CAN总线连接，上位机通过CAN总线向单片机U14发送指令；单片机收到指令后U14通过CAN总线向上位机发送数据；
[0029]单片机U14与FPGA U20H通过UART总线连接，单片机U14通过UART总线向FPGAU20H发送指令；FPGA U20H收到指令后通过UART总线向单片机发送数据。
[0030]本发明实施例中的单片机和上位机之间采用CAN通讯，单片机和FPGA之间采用UART通讯，利用此通讯电路可以实现60mm小井眼天然伽马能谱测量系统中FPGA与单片机之间及单片机与上位机之间的通讯。
[0031]图2为图1所示伽马能谱测井通讯电路中上位机与单片机之间的CAN通讯电路结构示意图。如图2所示，该CAN通讯电路包括单片机U14与CAN(SN65HVD233)收发器U15。由于CAN收发器U15的通讯接口固定为单片机U14的P0.6管脚和P0.7管脚，所以P0.6对应CANT，P0.7对应CANR。单片机U14的接口 P0.6 (CANT)和CAN收发器U15的管脚I (CANT)相连接，单片机U14的接口 P0.7 (CANR)和CAN收发器U15的管脚4 (CANR)相连。
[0032]CAN收发器U15主要是为了实现远端接地环路断开的系统，让接口允许在很大的共模电压变化下保证可靠通讯。通常使用CAN通讯的系统，都是要实现远距离可靠通讯。由于系统分布相隔距离远，两个通讯模块之间的大地电平有可能出现比较大的电压差，就会导致总线短路。所以需要CAN收发器U15进行电平转换后才能连接到CAN总线上。CAN收发器U15可以把单片机U14输出的CANT和CANR信号转换成CANH和CANL信号与CAN总线连接。CANH端有两个状态，即高电平和悬浮状态，CANL端有两个状态，即低电平和悬浮状态，从而起到电气隔离的作用。
[0033]CAN收发器U15能够实现单片机CAN通讯的发送监测功能，CAN收发器U15中的接收功能一直是有效的，使得单片机CAN能够一直监视CAN总线上的数据，如果CAN收发器U15接收到的数据与单片机U14发送的数据不一致，单片机可以判断存在发送冲突，单片机便退出发送状态，进入接收状态，等待