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基于FSK无线通信的随钻测井系统设计

作者:时间:2012-03-12来源:网络收藏

摘要:采用抗干扰能力比较强的技术构成感应通信,利用耦合线圈来实现钻杆之间的,钻杆内部采用同轴电缆传输信息,这样可以获得较高的数据比特率。本文以AT89C51单片机为控制了一套可以实现双向通信的,并测试了该系统的可靠性以及误码率。
关键词:感应通信;频移键控;调制解调

引言
石油、天然气是人类赖以生存的自然资源,在钻井开采过程中需要对井下高温、高压的环境进行实时的了解,所以对信号传输的实时性要求很高。但是井下的环境恶劣,通信系统里存在各种干扰,所以一套既能抗干扰、又能以较快的波特率传输信号的系统对这类作业来说至关重要。本文以AT89C51单片机为控制器,XR2206和XR22111分别为调制解调芯片,在实验室搭建并模拟了整个通信过程。

1 理论分析
该系统主要涉及两个理论:2FSK调制理论和电磁感应理论。
1.1 2FSK调制理论
要进行就必须对信号进行调制,数字调制的方式有很多种,比如ASK、FSK、PSK等,综合考虑后这里选择既具有一定抗干扰能力同时又简单易行的2FSK调制。2FSK就是利用不同频率的正弦波去代表数字信号“0”和“1”。载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频点间变化。其表达式如式(1)所示,2FSK信号波形如图1所示。
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本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/155180.htm

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1.2 电磁感应理论
这里的实际上是一种感应通信,在两个钻杆的相邻处放置两个线圈,其中一个线圈(主线圈)内电流的变化会在其周围产生交变的磁场,这个交变的磁场使另一个线圈(次线圈)产生感应电动势,这就是感应通信的原理,其示意图如图2所示。

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2 系统硬件
系统的硬件结构框图如图3所示。整个系统以两片单片机为核心,以XR2206和XR2211为调制解调芯片,以MAX275为带通滤波器芯片,放大电路采用基本的共射极放大电路。系统可实现双向通信(不是全双工,只能工作在半双工方式下,即信道可以分时复用),地面主要向下传输控制信号,井下向上传输温度、压力等信息,上下具有对称结构,因此在后面的分析中只分析单向信号传输的模块即可。当然在实际的钻井作业中,有的井深达千米,需要多级钻杆级联,所以每过3到5级钻杆后需要对信号进行解调放大调制,实际上就是需要一个中继模块,该中继模块完成解调放大再调制的功能。

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