李巖 內蒙古電子信息職業(yè)技術學院遼河油田錦州采油廠

嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)的終端設計*

柳智鑫1李巖1龔乃建21內蒙古電子信息職業(yè)技術學院2遼河油田錦州采油廠

為確保油井數據采集信息的準確性，國內各油田普遍采用了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嵌入式數據碼型可分為雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼，針對不同的碼型，電平的跳變流程也有所區(qū)別。嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)在碼型變換過程中完成數據信息之間的轉化，實現了傳輸信道中數據信息的交換功能。應用嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)，可在數據分析處理過程中，保證接收端無失真地將數據信息傳輸至終端處理器，減少噪音的累積，提高數據分析效率。

監(jiān)控系統(tǒng)；不歸零碼；電平；處理器；采集與處理

為保數油井據采集信息的準確性，國內各油田普遍采用了嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的嵌入式數據碼型可分為雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼，針對不同的碼型，電平的跳變流程也有所區(qū)別[1]。雙極性不歸零電平碼可完成0和1電平之間的跳變程序，在實際工作中，將接收設備內的數據進行編碼，確保傳輸的數據信息能夠無失真地傳輸至終端系統(tǒng)內，完成整個監(jiān)控系統(tǒng)數據信息的采集與處理功能[2]。

1 嵌入式數據碼型

在嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)傳輸的碼型中主要包括雙極性不歸零電平碼、雙極性不歸零反向碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼等。嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)在碼型變換過程中完成數據信息之間的轉化，實現了傳輸信道中數據信息的交換功能。

其中發(fā)揮主要作用的雙極性不歸零電平碼負責嵌入式油井監(jiān)控接收設備內傳輸數據信息碼片，完成數據信息的轉化。雙極性不歸零反向碼主要用于傳輸線路中數據信息的跳變過程，實現由模擬轉化至數字的過程。雙極性歸零碼主要用于數據信息編譯碼的過程，將傳送的數據信息經過傅里葉級數的轉化，確保傳輸的數據信息能夠滿足傳輸的信道容量。曼徹斯特碼主要用于終端設備信息模塊的轉化，使其恢復至原始的數據信息，完成數據信息譯碼的過程。

1.1 雙極性不歸零電平碼

雙極性不歸零電平碼在接收設備內完成信號之間的跳變過程，其中包括在信源設備內的編碼及在濾波器設備內的濾波，如圖1所示。實際工作中，接收設備將接收的濾波信號經過傳輸信道傳輸至接收濾波器中，最后經過數據信號的抽樣、量化以及編譯碼過程，完成雙極性不歸零電平碼的轉變。在波形輸出過程中，0電平代表的是數據信息的比特碼，在數據信息傳輸過程中若連續(xù)傳輸0電平的比特信息，說明此時傳輸的線路處于空閑狀態(tài)。

圖1 信源設備編碼流程

1.2 雙極性不歸零反向碼

雙極性不歸零反向碼主要用于傳輸線路中數據信息的跳變過程，完成由模擬轉化為數字的過程。在嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)內，模擬數據信息主要依靠雙極性不歸零反向碼進行傳輸，并實現了0和1電平之間的跳變。假設油井監(jiān)控系統(tǒng)傳輸的電平碼為1010011，若在雙極性不歸零電平碼轉化過程中，可將0、1電平進行相互之間的轉化。但在雙極性不歸零反向碼中，在原有基礎上加大了電平交換程序，連續(xù)傳輸的0電平波形不發(fā)生變化，傳輸1電平的信息波形會在兩者間波動。

1.3 雙極性歸零碼

雙極性歸零碼主要用于數據信息編譯碼工作，系統(tǒng)將傳送的數據信息經過傅里葉級數的轉化，使傳輸的數據信息能夠滿足傳輸的信道容量。這種信號的傳輸過程采用了信息時鐘的同步提取原理，實現了+1～-1電平之間的跳變，將每個傳輸的碼片信息在反向碼中進行劃分[3]。

在幅值變動區(qū)間上將1設定為最高幅值，-1設定為最低幅值，在規(guī)定時間內將傳輸的信息進行提取。若幅值變動區(qū)間為+1～-1，每個變動的數值內都含有傳輸的信息量，則在波形幅值達到+1時，傳輸信道內到達的信息量為300M，傳輸的速率為10Mbps。這種信息傳輸的速率能夠在30s內將幅值為+1的波形含有的信息量傳輸至接收端，完成接收設備與終端設備信息之間的交換。雙極性歸零碼在傳輸信號波形過程中，信道容量成為傳輸過程中的一個難題，主要是因為在傳輸過程中，同步時鐘提取的信號只能進行一次性信息傳輸，因此對傳輸信道的容量具有一定的限制，這也是技術人員后期要重點攻克的難關。

2 監(jiān)控系統(tǒng)終端

2.1 硬件部分

嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備包括終端信息處理器、LCD顯示器、濾波器、固態(tài)硬盤、設備管理器、數據信息存儲器、傳感器、語音控制器等終端信息處理器等。

終端信息處理器具有數據信息的處理功能，主要將傳輸的模擬信號進行數字化處理，在碼型變換工作中負責將雙極性不歸零電平碼進行轉化。LCD采用等離子顯示器，可播放高清畫面，保證監(jiān)控系統(tǒng)在采集信息圖像時數據信息的準確。濾波器負責對抽樣后信息波形進行過濾，抽樣的頻率為8000Hz，過濾程序中將超出或少于該頻率的波形過濾掉。固態(tài)硬盤負責存儲傳輸信息，每天采集的數據信息量大，若采集的數據大于固定容量時，便會造成數據信息的丟失，所以對于存儲的固態(tài)硬盤具有較高的要求設定。

2.2 軟件部分

嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的軟件層包括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層等。

物理層主要負責數據流量包的封裝，將傳輸的比特信息進行等效傳輸。數據鏈路層負責對數據幀結構的調整，將傳輸的數據信息和話音信息進行不同信道的劃分。網絡層可將采集的數據打包，以數據包的形式在傳輸信道內進行傳輸。會話層、表示層以及應用層屬于最高層的網絡傳輸結構，完成整個傳輸數據包的處理過程，將完整的數據信息無失真地傳輸至終端設備內，最后對數據進行檢測校正，完成數據塊的對接過程[4]。

3 結語

應用嵌入式油井監(jiān)控系統(tǒng)，可在數據分析處理過程中，保證接收端無失真地將數據信息傳輸至終端處理器，減少噪音的累積，提高數據分析效率。這種技術將會應用于更多產業(yè)，帶動國內經濟更好、更快地發(fā)展。

[1]王幸之，王雷，翟成，等．單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術[M]．北京：北京航空航天出版社，2000.

[2]張占孝．嵌入式的油井監(jiān)控系統(tǒng)設計[J]．油氣田地面工程，2014，33（4）：49-50.

[3]曾澤昊，余有靈，許維勝．基于插值同步算法的頻譜泄漏分析與仿真[J]．系統(tǒng)仿真技術，2005（3）：19-22.

[4]余衛(wèi)江，陳衛(wèi)澤，等．實時數據監(jiān)控系統(tǒng)在海洋石油勘探開發(fā)中的應用[J]．計算機與應用化學，2011（8）：31-33.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.055

基金論文：內蒙古自治區(qū)高等學?？茖W技術研究項目“切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、控制及其應用”（NJZC：13349）。