一种随钻系统的单总线通信设备及其单总线通信方法与流程

本发明涉及井下设备的通信技术，尤其涉及一种随钻系统的单总线通信设备及其单总线通信方法。

背景技术：

基于随钻仪器在井下工作的环境特点，空间有限、机械安装的局限性、需承受高温、高压和强振动，因此要求仪器有高度的可靠性，单总线通信在电气和机械结构设计中具有极大的操作性和可靠性优势，信号和电源供电复用，在同一根导线中同时传递供电电流和通信信号。

技术实现要素：

本发明提供一种随钻系统的单总线通信设备及其单总线通信方法，在一根线缆中同时完成信号传输和电源供电的目标，既实现了电气通信的功能，又考虑到了机械安装的空间局限性，机械连接可靠，密封有效，操作简单，极大提高了随钻仪器现场连接操作的便利性和可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供一种随钻系统的单总线通信设备，包含：定向探管、硬连接短节、发电机短节、中控短节、电阻率短节和地面通信箱；

所述的硬连接短节、发电机短节、中控短节和电阻率短节安装在钻铤外壳中，并分别与钻铤外壳接触；

所述的中控短节通过单总线通信模块连接地面通信箱；所述的硬连接短节、中控短节和电阻率短节中都包含单总线通信模块；所述的单总线通信模块实现单总线信号和多线信号的相互转换；

所述的硬连接短节和发电机短节之间通过单芯插针连接，发电机短节和中控短节之间通过单芯插针连接，中控短节和电阻率短节之间通过单芯插针连接，所述的单芯插针实现单总线通信功能，在一根线缆中同时实现信号传输和电源供电；

所述的定向探管通过多芯插针连接硬连接短节，所述的多芯插针实现多线通信功能；

所述的中控短节和单总线通信模块之间通过单芯插针连接，单总线通信模块和地面通信箱之间通过多芯插针连接。

发电机短节内部的单芯插针的一端连接硬连接短节，另一端连接电阻率短节。

所述的单总线通信模块包含：

单片机、电性连接单片机的电源、电性连接单片机的通信电路、电性连接单片机的单总线编解码模块、以及分别电性连接单总线编解码模块和电源的总线数据发送模块和总线数据接收模块；

将多线信号转换为单总线信号发送时，通信电路将接收到的多线信号发送给单片机，单片机和单总线编解码模块对多线信号进行解析后，发送至总线数据发送模块，最终载波至电源上成为单总线信号；

将单总线信号转换为多线信号发送时，电源中以载波形式传输的单总线信号，通过总线数据接收模块发送给单总线编解码模块和单片机进行实时解析后，最终通过通信电路发送多线信号。

本发明还提供一种随钻系统的单总线通信方法，包含：

单芯插针实现单总线通信功能，在一根线缆中同时实现信号传输和电源供电；

单总线通信模块实现单总线信号和多线信号的相互转换。

在地面工作时，地面通信箱通过单总线通信模块与中控短节进行通信，通过中控短节分别对定向探管和电阻率短节进行参数读取和设置，并接收定向探管和电阻率短节的响应信号。

在井下工作时，中控短节定时询问定向探管和电阻率短节，将获取到的数据进行整理打包发送至定向探管。

所述的中控短节通过硬连接短节与定向探管进行通信，硬连接短节中的单总线通信模块实现定向探管的多线信号与中控短节的单总线信号的相互转换，所述的中控短节通过单芯插针实现与电阻率短节的单总线通信。

所述的单总线通信模块将多线信号转换为单总线信号发送时，通信电路将接收到的多线信号发送给单片机，单片机和单总线编解码模块对多线信号进行解析后，发送至总线数据发送模块，最终载波至电源上成为单总线信号；将单总线信号转换为多线信号发送时，电源中以载波形式传输的单总线信号，通过总线数据接收模块发送给单总线编解码模块和单片机进行实时解析后，最终通过通信电路发送多线信号。

本发明具有以下优点：

1、在一根线缆中同时完成信号传输和电源供电的目标，既实现了电气通信的功能，又考虑到了机械安装的空间局限性，机械连接可靠，密封有效，操作简单，极大提高了随钻仪器现场连接操作的便利性和可靠性；

2、实现了单总线通信和多线通信的相互转换，多线通信可方便连接至计算机，为地面监视单总线通信的误码率提供有力依据；

3、随钻系统在井下工作的过程中实时上传井下状态和地层参数等信号，有效地辅助了随钻仪器的现场工作。

附图说明

图1是本发明提供的一种随钻系统的单总线通信设备的结构示意图。

图2是单总线通信模块的电路图。

具体实施方式

以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种随钻系统的单总线通信设备，包含：定向探管1、硬连接短节2、发电机短节3、中控短节4、电阻率短节5和地面通信箱7，所述的硬连接短节2、发电机短节3、中控短节4和电阻率短节5安装在钻铤外壳9中，并分别与钻铤外壳9接触，所述的中控短节4通过单总线通信模块6连接地面通信箱7，所述的硬连接短节2、中控短节4和电阻率短节5中都包含单总线通信模块6，所述的硬连接短节2和发电机短节3之间通过单芯插针（SBUS）连接，发电机短节3和中控短节4之间通过单芯插针（SBUS）连接，中控短节4和电阻率短节5之间通过单芯插针（SBUS）连接，所述的定向探管1通过多芯插针（MBUS）连接硬连接短节2，所述的中控短节4和单总线通信模块6之间通过单芯插针（SBUS）连接，单总线通信模块6和地面通信箱7之间通过多芯插针（MBUS）连接。

所述的单芯插针实现单总线通信功能，在一根线缆中同时实现信号传输和电源供电；所述的多芯插针实现多线通信功能；所述的单总线通信模块6实现单总线信号和多线信号的相互转换；所述的发电机短节3提供系统电源，单芯插针在发电机短节3内部直通；所述的硬连接短节2用于实现定向探管1和中控短节4之间的单总线通信。

如图2所示，所述的单总线通信模块6包含：

单片机22、电性连接单片机22的电源11、电性连接单片机22的通信电路33、电性连接单片机22的单总线编解码模块66、以及分别电性连接单总线编解码模块66和电源11的总线数据发送模块44和总线数据接收模块55。

将多线信号转换为单总线信号发送时，通信电路33将接收到的多线信号发送给单片机22，单片机22和单总线编解码模块66对多线信号进行解析后，发送至总线数据发送模块44，最终载波至电源11上成为单总线信号。

将单总线信号转换为多线信号发送时，电源11中以载波形式传输的单总线信号，通过总线数据接收模块55发送给单总线编解码模块66和单片机22进行实时解析后，最终通过通信电路33将多线信号发送给其它部件。

本发明还提供一种随钻系统的单总线通信方法，包含以下步骤：

在地面工作时，地面通信箱7通过单总线通信模块6与中控短节3进行通信，通过中控短节3分别对定向探管1和电阻率短节4进行参数读取和设置，当定向探管1和电阻率短节4都正确响应后，断开单总线通信模块6和地面通信箱7，其余部件组成下井仪器串，准备下井工作。

在井下工作时，中控短节4定时询问定向探管1和电阻率短节4，将获取到的数据进行整理打包发送至定向探管1，定向探管1再将数据进行编码，经泥浆脉冲上传至地面解码，最终获得井下数据。

其中，所述的中控短节3通过硬连接短节2与定向探管1进行通信，硬连接短节2中的单总线通信模块6实现定向探管1的多线信号与中控短节3的单总线信号的相互转换，所述的中控短节3通过单芯插针实现与电阻率短节4的单总线通信。

本发明在一根线缆中同时完成信号传输和电源供电的目标，既实现了电气通信的功能，又考虑到了机械安装的空间局限性，机械连接可靠，密封有效，操作简单，极大提高了随钻仪器现场连接操作的便利性和可靠性，本发明还实现了单总线通信和多线通信的相互转换，多线通信可方便连接至计算机，为地面监视单总线通信的误码率提供有力依据，同时随钻系统在井下工作的过程中实时上传井下状态和地层参数等信号，有效地辅助了随钻仪器的现场工作。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。