本发明涉及一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路，属于油井通讯技术领域。
背景技术：
随着原油开采的深入，提高采油效率，从油井的钻井到使用的全寿命过程中，都需要准确、全面了解其自身状况以及周边的地质情况变化，以便于制定相应的开采计划。在油井测量过程中，井下仪器与井上设备之间的联系通常通过通讯电路进行连接。
目前进口的通讯电设备是由地址锁存器，移位寄存器，触发器等分立元件搭建的曼切斯特通讯电路，数字信号处理芯片通过并口访问通讯接口，并口通讯距离有限，且抗干扰性差。且由于进口产品大量采用分立元件搭建，硬件成本较高、体积大和通讯功耗都较大，加大了恒温系统的负担。
国内现有的通讯设备虽然集成度高，但大都仅适应常温下使用环境。油田使用环境恶劣，高温高压条件下，通讯设备传输的可靠性较差，而且使用寿命短，设备维护成本较高。
因此，现有技术还存在一些缺陷和不足，有待进一步改进。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法及通讯电路，以解决在井下恶劣工作环境中，通讯电路工作可靠性差、寿命短、维护成本高的问题，从而克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。
前述通讯方法中，所述极性隔离变压器和驱动隔离变压器均采用工作频段为20.83～41.66khz，最高工作温度不小于200℃，匝数比为1：1的变压器。
前述通讯方法中，所述编码/解码器采用编码和解码可独立操作的intersil公司出品的hd1-15530-8编码/解码器。
前述通讯方法中，所述编码/解码器与时钟电路连接；时钟电路的时钟源采用4m时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500k两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟。
用于上述通讯方法的本发明的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯电路，包括连接井下仪器和地面控制系统的主总线，主总线经极性隔离变压器与极性转换电路输入端连接，极性转换电路的单极输出端经编码/解码器、门电路与信号处理电路连接，信号处理电路经门电路、编码/解码器与编码/解码器连接，编码/解码器经信号驱动电路和驱动隔离变压器与主总线连接，通过主总线将信号输送至井下仪器。
前述通讯电路中，所述编码/解码器与时钟电路连接。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明的通讯电路省去了地址锁存器，移位寄存器，触发器等大量分立器件的使用，减少了的功耗和热耗散，有效减少恒温系统的工作负担和硬件成本开销。在不增加任何电路形式的情况下，由并口半双工模式设计成串口全双工模式，有效增加了通讯通道，提高了通讯实时性和可靠性。通讯芯线由15根减少到7根，有效降低了接口设计负担，简化电路设计，提高可靠性。
附图说明
图1是本发明的电气框图；
图2是编码操作时序图；
图3是解码操作时序图；
图4是曼切斯特格式示意图；
图5是曼切斯特命令/数据格式示意图；
图6是m命令和数据缆芯分配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯方法，如图1所示，该方法采用主总线将井下仪器与井上设备连接在一起，井下仪器与井上设备之间采用曼切斯特ⅱ编码格式进行通讯；井下仪器通过极性隔离变压器接收主总线上符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据，符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据为双极性信号，再通过极性转换电路将双极性信号转换为单极性信号，单极性信号经编码/解码器转换成信号处理电路可直接读取的并行数据由门电路送至信号处理电路；经信号处理电路处理后的并行数据再经编码/解码器转换成符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据送至信号驱动电路，并由驱动隔离变压器通过主总线送至地面控制系统。所述极性隔离变压器和驱动隔离变压器均采用工作频段为20.83～41.66khz，最高工作温度不小于200℃，匝数比为1：1的变压器。所述编码/解码器采用编码和解码可独立操作的intersil公司出品的hd1-15530-8编码/解码器。编码/解码器与时钟电路连接；时钟电路的时钟源采用4m时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500k两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟。
根据上述方法构成并用于上述方法的本发明的一种井下仪器与地面控制系统之间的通讯电路，如图1所示，该通讯电路包括连接井下仪器和地面控制系统的主总线，主总线经极性隔离变压器与极性转换电路输入端连接，极性转换电路的单极输出端经编码/解码器、门电路与信号处理电路连接，信号处理电路经门电路、编码/解码器与编码/解码器连接，编码/解码器经信号驱动电路和驱动隔离变压器与主总线连接，通过主总线将信号输送至井下仪器。编码/解码器与时钟电路连接。
实施例
本例通讯电路主要负责从连接地面控制系统的主总线接收符合曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据，将命令转换为信号处理电路可直接读取的并行数据，再将信号处理电路处理后送出的并行数据转换为曼切斯特ⅱ编码格式的命令或数据送至地面控制系统和井下仪器。
本例的通讯电路如图1所示，主要由极性隔离变压器、极性转换电路、编码/解码器、门电路、信号处理电路、信号驱动电路、驱动隔离变压器和时钟电路构成。通讯电路工作于远端（rt）模式。
本例中的时钟电路采用4m时钟源，经12位的异步计数器分频为250k和500k两种时钟，提供给编码/解码器作发送时钟和接收时钟，计数器采用ti公司的sn54hc4040j,该器件具有不大于1ua的低输入电流，输出能驱动多达10个lsttl负载，2v至6v的宽工作电压，12ns的脉冲时延，具备低功耗的特点，不大于80ua的工作电流。
本例中的极性隔离变压器和驱动隔离变压器均属于总线隔离电路，考虑到购买集成的耦合变压器价格昂贵、不便安装。holt公司生产变压器以及国内其他厂家生产的变压器存在一些不足之处，工作频率偏高，75khz～1mhz，不适合wts工作频率20.83khz和41.66khz频率段，且工作温度不高，一般为-55℃～+85℃。所以寻求代理公司代理5700系统上的进口变压器，该变压器最高温度能达到200℃或更高，工作频率满足要求，匝数比为1：1。
本例中的编码/解码器选择intersil公司的hd1-15530-8,该器件由编码和解码两部分组成，除了公用电源和复位功能外，编码和解码两部分的操作完全独立，该器件满足于任何mil-std-1553需求的应用场合，该器件具有如下所示的特点：
1)适用于mil－std－1553；
2）数据比率：1.25m；
3）曼切斯特ⅱ编码解码；
4）编码/解码相互独立；
5）25℃条件下功耗为：50mw；
6）温度范围：-55℃～125℃；
编码/解码器在编码时，如图2所示，编码时钟为发送时钟的两倍频，当编码使能端为高电平时，编码移位时钟为下降沿时，编码周期开始，编码周期持续20个编码移位时钟周期，当下一个编码移位时钟上升沿到来时，高电平同步选择信号导致帧同步信号为低电平，当编码器准备接受数据时，发送数据端口输出高电平，持续时间为16个编码移位时钟周期，在这16个编码移位时钟周期内，数据被锁存进入串行数据输入端口。
编码/解码器在解码时，如图3所示，解码操作需要12倍数据波特率的单极性时钟源，该时钟源由解码位移时钟管脚输入,编码/解码器支持单极性和双极性两种输入方式，本例采用单极性输入方式。当解码器连续不断地从输入管脚监测到1个同步字符和2个有效曼切斯特位时，启动解码执行过程，如果检测到同步数据管脚输出高电平且保留16个解码移位时钟周期,否则为低电平，数据输出为高电平，且持续16个解码时钟周期。当16个解码位传输完成后，再进行寄偶校验，高电平输出表示成功接收一个有效数据。
本例所用的曼切斯特字符格式如图4所示，由命令同步和数据同步信号组成，均为3个位组成，数据位由逻辑高和逻辑低电平组成，周期为一个位。
曼切斯特命令/数据格式如图5所示，本例通讯电路从远端控制器到终端的字包含命令字、数据字和状态字，均由20位数据组成，命令字的16个数据位中，高8位为井下仪器的地址位。即该8位二进制代码表示一种井下仪器的地址。每种井下仪器都有一个唯一的地址，不同井下仪器的地址各不相同。
本例的通讯电路采用曼切斯特ⅱ码（简称m2）。曼切斯特ⅱ码包括m2命令和m2数据，m2命令传输速度为20.83kb，m2数据为41.66kb，两者成2倍频关系。如图6所示，两者传输通道相互独立，互不干扰。m2命令和数据的传输速率都可通过500k时钟的整数倍分频可以实现，所以时钟电路可共用4m时钟而互不影响，且曼切斯特编码/解码器从功能上相互独立，所以两者互不干扰，且又可共同使用一个时钟基准和电源，与信号处理板相互匹配。
本发明的通讯电路省去了地址锁存器，移位寄存器，触发器等大量分立器件的使用，减少了的功耗和热耗散，有效减少恒温系统的工作负担和硬件成本开销。在不增加任何电路形式的情况下，由并口半双工模式设计成串口全双工模式，有效增加了通讯通道，提高了通讯实时性和可靠性。通讯芯线由15根减少到7根，有效降低了接口设计负担，简化电路设计，提高可靠性。