嵌入式油井监控系统的终端设计*

2014-03-22李岩内蒙古电子信息职业技术学院辽河油田锦州采油厂

油气田地面工程 2014年10期

李岩内蒙古电子信息职业技术学院辽河油田锦州采油厂

嵌入式油井监控系统的终端设计*

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为确保油井数据采集信息的准确性，国内各油田普遍采用了嵌入式监控系统。该系统的嵌入式数据码型可分为双极性不归零电平码、双极性不归零反向码、双极性归零码，针对不同的码型，电平的跳变流程也有所区别。嵌入式油井监控系统在码型变换过程中完成数据信息之间的转化，实现了传输信道中数据信息的交换功能。应用嵌入式油井监控系统，可在数据分析处理过程中，保证接收端无失真地将数据信息传输至终端处理器，减少噪音的累积，提高数据分析效率。

监控系统；不归零码；电平；处理器；采集与处理

为保数油井据采集信息的准确性，国内各油田普遍采用了嵌入式监控系统。该系统的嵌入式数据码型可分为双极性不归零电平码、双极性不归零反向码、双极性归零码，针对不同的码型，电平的跳变流程也有所区别[1]。双极性不归零电平码可完成0和1电平之间的跳变程序，在实际工作中，将接收设备内的数据进行编码，确保传输的数据信息能够无失真地传输至终端系统内，完成整个监控系统数据信息的采集与处理功能[2]。

1 嵌入式数据码型

在嵌入式监控系统传输的码型中主要包括双极性不归零电平码、双极性不归零反向码、双极性归零码、曼彻斯特码等。嵌入式油井监控系统在码型变换过程中完成数据信息之间的转化，实现了传输信道中数据信息的交换功能。

其中发挥主要作用的双极性不归零电平码负责嵌入式油井监控接收设备内传输数据信息码片，完成数据信息的转化。双极性不归零反向码主要用于传输线路中数据信息的跳变过程，实现由模拟转化至数字的过程。双极性归零码主要用于数据信息编译码的过程，将传送的数据信息经过傅里叶级数的转化，确保传输的数据信息能够满足传输的信道容量。曼彻斯特码主要用于终端设备信息模块的转化，使其恢复至原始的数据信息，完成数据信息译码的过程。

1.1 双极性不归零电平码

双极性不归零电平码在接收设备内完成信号之间的跳变过程，其中包括在信源设备内的编码及在滤波器设备内的滤波，如图1所示。实际工作中，接收设备将接收的滤波信号经过传输信道传输至接收滤波器中，最后经过数据信号的抽样、量化以及编译码过程，完成双极性不归零电平码的转变。在波形输出过程中，0电平代表的是数据信息的比特码，在数据信息传输过程中若连续传输0电平的比特信息，说明此时传输的线路处于空闲状态。

图1 信源设备编码流程

1.2 双极性不归零反向码

双极性不归零反向码主要用于传输线路中数据信息的跳变过程，完成由模拟转化为数字的过程。在嵌入式油井监控系统内，模拟数据信息主要依靠双极性不归零反向码进行传输，并实现了0和1电平之间的跳变。假设油井监控系统传输的电平码为1010011，若在双极性不归零电平码转化过程中，可将0、1电平进行相互之间的转化。但在双极性不归零反向码中，在原有基础上加大了电平交换程序，连续传输的0电平波形不发生变化，传输1电平的信息波形会在两者间波动。

1.3 双极性归零码

双极性归零码主要用于数据信息编译码工作，系统将传送的数据信息经过傅里叶级数的转化，使传输的数据信息能够满足传输的信道容量。这种信号的传输过程采用了信息时钟的同步提取原理，实现了+1～-1电平之间的跳变，将每个传输的码片信息在反向码中进行划分[3]。

在幅值变动区间上将1设定为最高幅值，-1设定为最低幅值，在规定时间内将传输的信息进行提取。若幅值变动区间为+1～-1，每个变动的数值内都含有传输的信息量，则在波形幅值达到+1时，传输信道内到达的信息量为300M，传输的速率为10Mbps。这种信息传输的速率能够在30s内将幅值为+1的波形含有的信息量传输至接收端，完成接收设备与终端设备信息之间的交换。双极性归零码在传输信号波形过程中，信道容量成为传输过程中的一个难题，主要是因为在传输过程中，同步时钟提取的信号只能进行一次性信息传输，因此对传输信道的容量具有一定的限制，这也是技术人员后期要重点攻克的难关。

2 监控系统终端

2.1 硬件部分

嵌入式监控系统硬件设备包括终端信息处理器、LCD显示器、滤波器、固态硬盘、设备管理器、数据信息存储器、传感器、语音控制器等终端信息处理器等。

终端信息处理器具有数据信息的处理功能，主要将传输的模拟信号进行数字化处理，在码型变换工作中负责将双极性不归零电平码进行转化。LCD采用等离子显示器，可播放高清画面，保证监控系统在采集信息图像时数据信息的准确。滤波器负责对抽样后信息波形进行过滤，抽样的频率为8000Hz，过滤程序中将超出或少于该频率的波形过滤掉。固态硬盘负责存储传输信息，每天采集的数据信息量大，若采集的数据大于固定容量时，便会造成数据信息的丢失，所以对于存储的固态硬盘具有较高的要求设定。

2.2 软件部分

嵌入式监控系统的软件层包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层等。

物理层主要负责数据流量包的封装，将传输的比特信息进行等效传输。数据链路层负责对数据帧结构的调整，将传输的数据信息和话音信息进行不同信道的划分。网络层可将采集的数据打包，以数据包的形式在传输信道内进行传输。会话层、表示层以及应用层属于最高层的网络传输结构，完成整个传输数据包的处理过程，将完整的数据信息无失真地传输至终端设备内，最后对数据进行检测校正，完成数据块的对接过程[4]。