专利名称：一种微机电数字地震检波器通讯系统和方法
技术领域：
本发明属于数据通讯领域，具体涉及用于地球物理勘探中的一种微机电数字地震 检波器通讯系统。
背景技术：
自从1926年反射波法地震勘探在石油勘探应用以来，地震勘探是地球物理勘探 中发展最快的一项技术，是寻找石油、煤炭和工程建设中地下勘探最常用、最有效的勘探方 法。地震勘探仪器是地球物理勘探装备中最为精密和关键的设备，它与现代先进的科学技 术发展息息相关。从地震波的激发、采集、数据处理、记录到绘图都属于地震勘探仪器工作 范畴，且地震勘探仪器的技术水平、性能指标和应用效果均直接关系到地震采集数据的地 质效果。因此，地震勘探仪器的发展也就成为地球物理勘探技术进步的重要组成部分。地 震勘探仪器的发展是以地震勘探的发展与需求为前提条件和动力源泉；反过来又直接制约 和促进着地震勘探的发展。从上世纪末开始的MEMS (微机电系统)新技术，将微电子、精密机械、生化、和信息 处理等高新技术有机结合起来，具有微型化、硅为主要材料、机械电气性能优良、集成化等 特点。而当前国际上只有法国CGG公司和美国I/O公司生产基于MEMS加速度传感器的数 字检波器及其采集系统，但是，数字检波器的通讯电路和通讯协议均是其专有技术，不向外 公开。大型地震勘探仪器一直以专用设备的形式发展，在国际上也只有少数几家生产企业， 国内外的数字地震仪市场基本被CGG/Sercel公司所控制，我国的地震勘探仪器100%依赖 进口。大型地震勘探仪器的发展在我国经历了非常曲折的道路，但从本世纪初开始，我 国加强了勘探设备的研发。经过几年的努力，国内微机电(MEMS)传感器的研发取得了进 展，经试验表明，国内微机电(MEMS)传感器可以制作数字地震检波器，满足地震勘探的需 要。但是，由于国内微机电检波器研发起步较晚，基础较差，尤其是数据传输问题，传输速率 和功耗的矛盾没有完全解决，研发单位还都是自己进行小规模的试验，没有形成成熟的微 机电数字检波器数据采集系统。由于野外勘探的特殊性，勘探施工中所有数据采集设备和 检波器的电源都是由电池提供的，这就要求所有采集设备和检波器的功耗都要很低，因而 就不能使用高速率、高功耗的通讯器件。国外公司通过多年努力，研发了他们自己的功耗相 对较低速率较高的通讯芯片，但是，出于商业目的，他们不向外界公布芯片的资料，国内也 就不能使用他们的通讯芯片研制通讯系统。

发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种微机电数字地震检 波器通讯系统，将微机电数字检波器与微机电数字检波器之间、微机电数字检波器与微机 电数字检波器管理站之间、微机电数字检波器管理站与中央记录处理单元之间连接起来， 实现中央记录处理单元与微机电数字检波器数据和命令的交互传输，形成微机电数字检波
5器数据采集系统。本发明是通过以下技术方案实现的一种微机电数字地震检波器通讯系统，包括下行数据通道和上行数据通道；所述下行数据通道包括信号输入电路、接收数据控制电路、下行数据输出控制电 路、输出驱动电路、下行控制模块、计时控制模块、命令接收比较模块，其中，命令接收比较模块用于对接收数据进行识别，决定是否需要本检波器主机接收 数据；下行控制模块根据微机电数字检波器管理站的命令，决定是否将接收到的数据 直接发送到下一级检波器或微机电数字检波器管理站，还是由本检波器向下发送命令；计时控制模块用于为命令接收比较模块计时，为其提供复位信号；信号输入电路接收微机电数字检波器管理站或上一级检波器的命令，然后将输入 信号分别连接到接收数据控制电路、下行数据输出控制电路、命令接收比较模块；命令接收 比较模块受计时控制模块的控制；下行控制模块分别通过电路与计时控制模块、命令接收 比较模块、接收数据控制电路和下行数据输出控制电路连接；输出驱动电路与数据输出控 制电路连接；所述上行数据通道包括输入驱动电路、上行数据输出控制电路组成、上行控制模 块、数据接收计数模块、数据比较模块、上行输出驱动电路，其中，上行控制模块控制上传的数据由本检波器发送还是由下一级微机电数字检波器 管理站或下一级检波器上传；数据比较模块根据数据比较结果向上行控制模块发送信息和对数据接收计数模 块进行复位；数据接收计数模块对接收到的数据计数并计时，然后将接收的数据传到数据比 较模块；所述输入驱动电路将数据信号分别传到数据接收计数模块和上行数据输出控制 电路；上行控制模块分别通过电路与数据比较模块和上行数据输出控制电路连接，上行输 出驱动电路与上行数据输出控制电路连接。当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器与微机电数字检波 器之间、微机电数字检波器与微机电数字检波器管理站之间时，所述上行控制模块和下行 控制模块均由微机电数字检波器主控制器进行控制；当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器管理站与中央记录 处理单元之间时，所述上行控制模块和下行控制模块均由微机电数字检波器管理站的通讯 控制器进行控制。所述微机电数字检波器中央记录处理系统与微机电数字检波器管理站之间的通 讯协议采用TCP/IP网络协议或者异步串行通讯协议；微机电数字检波器管理站与微机电 数字检波器之间的通讯协议采用异步串行通讯协议；微机电数字检波器之间的通讯协议采 用异步串行通讯协议。所述微机电数字检波器之间的连接采用数传电缆、光纤或光无线FSO ；微机电数 字检波器与微机电检波器管理站之间的连接采用光纤、无线、光无线FSO或网络线；中央记 录处理单元与微机电数字检波器管理站之间的连接采用光纤、无线、光无线FSO或网络线。
6使用光无线FSO通讯，具有频带宽、架设方便、不需要申请频点、互不干扰的特点，适用于两 点能够看到而不能直达或者不方便的两点之间的连接；光纤适用于两点较远又不能看到的 两点之间的连接；无线适用于数据量较小的两点连接；数传电缆适用于微机电数字检波器 之间和其与微机电数字检波器管理站之间的正常连接。本发明采用低功耗、低成本现有商用器件FPGA(现场可编程门阵列)，通过逻辑和 时序电路的设计，将微机电数字检波器下行数据通道中的接收数据控制电路、下行数据输 出控制电路、计时控制模块、命令接收比较模块和上行数据通道中的上行数据输出控制电 路、数据接收计数模块、数据比较模块集成在现场可编程门阵列(FP6A)上。使用所述的微机电数字地震检波器通讯系统的一种方法，所述方法中所述下行 数据输出控制电路的输入输出逻辑关系为TDOWN=CONTROLDOWN*TXD1+CONTROLDOWN *RUP(1)其中TD0WN表示本级检波器输出控制电路向下一级输出的数据，CONTROLDOffN表示下行控制信号，TXDl表示本级检波器主控制器输出的数据；RUP表示管理站或上一级检波器传来的数据；下行数据通道状态有两种，分别为数据直通状态和本机发送状态；其中，数据直通 状态是将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平；本机发送状态是将控制位C0NTR0LD0WN设置 为高电平；控制位C0NTR0LD0WN的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将 要执行的命令；所述上行数据输出控制电路的输入输出逻辑关系为TUP^CONTROLim TXD2+ CONTROLUP ^RDWN(2)其中tup表示本级检波器输出控制电路向上一级输出的数据，CONTROLUP表示上行控制信号，TXD2表示本级检波器主控制器输出的数据，RDffN表示下一级检波器传送来的数据；上行数据通道状态有两种，分别为数据直通状态和本机发送状态；其中，数据直通 状态是将控制位CONTROLUP设置为低电平；本机发送状态是将控制位CONTROLUP设置为高 电平。控制位CONTROLUP的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将要执行 的命令；所述方法的步骤为上电复位后，微机电数字地震检波器的主控制器对所有通讯 电路进行初始化，将下行数据通道和上行数据通道均设置为本机发送状态，等待管理站或 者上一级检波器的命令数据，根据接收到的命令，设置数据传输通道的状态，然后执行微机 电数字检波器自动识别及排序步骤或者地震采集数据逐级接力上传步骤。其中，所述微机电数字检波器自动识别及排序步骤包括(1)上电复位；(2)将控制位C0NTR0LD0WN、CONTROLUP均设置为高电平；(3)进行桩号检测，如果检测到桩号，则转入步骤(4)，如果没有检测到桩号，则转 入步骤(9)；(4)存储收到的逻辑号；
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(5)向上发送本机出厂号和本机逻辑号；(6)判断是否有主机确认命令，如果有，则转入步骤(7)，如果没有，则转入步骤 (10)；(7)判断主机确认命令是否正确，如果正确，则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP 均设置为低电平；(8)结束。(9)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回步 骤⑶；(10)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回 步骤(6)。所述地震采集数据逐级接力上传步骤包括(1)上电复位；(2)判断本机是否为最后一个，如果是，则将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平， 将C0NTR0LUP设置为高电平，延迟IOus后发送一帧采集数据，然后转入步骤(6)；如果否， 则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平，然后转入步骤(3)；(3)判断下一级是否发送完毕，如果发送完毕，则转入步骤(5)，如果没有完毕，则 转入步骤⑷；(4)判断延迟时间是否达到，如果到达，则转入步骤(5)，如果没有达到，则步骤 ⑶；(5)将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平，将C0NTR0LUP设置为高电平，然后发送 一帧采集数；(6)则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平。(7)结束。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明采用低功耗、低成本的现有商用器件FPGA，该系统解决了河流、森林、 悬崖等复杂地形下数据的传输问题，减少了施工的强度，提高了工作效率；(2)本发明是地震采集系统的一个重要组成部分，与检波器、管理站、中央记录与 处理单元一起组成地震数据采集系统，为地震勘探提供可靠、高效、方便的勘探手段，可进 行野外数据采集，降低成本。其中，微机电数字检波器之间通讯速率8Mbps，微机电数字检 波器与微机电数字检波器管理站之间通讯速率8Mbps，微机电数字检波器管理站与中央记 录处理单元之间的通讯速率10Mbps，在Ims采样间隔时，150道可以实时传输。


图1是本发明微机电数字地震检波器通讯系统示意图。图2是本发明中微机电数字地震检波器下行通道电路示意图。图3是本发明中微机电数字地震检波器上行通道电路示意图。图4是本发明中的地震采集数据逐级接力上传数据的步骤框5是本发明中检波器自动识别及排序的步骤框图。图6是本发明微机电数字地震检波器通讯系统的工作流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。微机电数字检波器数据采集系统示意图如附图1所示。微机电数字检波器数据采 集系统由一个微机电数字检波器中央记录处理系统、一组微机电数字检波器管理站、一组 微机电数字检波器组成。在一套微机电数字检波器数据采集系统中，只有一个中央记录处 理系统，但可以有多个微机电数字检波器管理站，每个微机电数字检波器管理站最多管理 96个微机电数字检波器。其中每个管理站管理的微机电数字检波器都是串行连接的，而管 理站之间的连接可以是串行的，也可以是并行的，图1中只给出了串行连接方式。具体来 说，(1)微机电数字检波器中央记录处理系统微机电数字检波器中央记录处理系统主要由微计算机、热敏打印机、绘图仪、中央 控制器、无线数传模块、GPS、网络接口、光电中接口等组成，具有数据存储、处理、显示、人机 对话等管理功能，负责整个系统的控制和检测。主站通过数据传输发出各种控制指令，对数 字地震信号进行记录、编排和管理。主要控制功能如下1)通过交叉管理站读取采集的数据，并以所需的记录格式存储到磁带机；2)采集参数的设置，如采样间隔、前放增益、记录长度、高截、低截、陷波等；3)检波器的监控；4)采集参数的显示、回放和监视记录的打印；5)地面排列的实时管理；6)显示参数的设置；7)系统参数的设置；8)班报的自动生成；9)爆炸机的控制。微机电数字检波器中央记录处理系统与微机电数字检波器管理站之间可以进行 两种通讯协议的通讯TCP/IP网络协议和异步串行通讯协议，硬件接口包括光纤、无线、光 无线FS0、网络RJ接口，在野外施工时可以根据现场情况选用光纤、无线数传电台、光无线 FSO、标准网络数传电缆进行连接。(2)微机电数字检波器管理站微机电数字检波器管理站是数据采集系统的一个重要组成部分，既可以接收主站 命令对连接到该站的数字检波器进行管理和监测，也可以自己单独对微机电数字检波器进 行检测，同时还可以做中继，方便对复杂地区勘探时布置排列。每个管理站可以连接管理1 到96个微机电数字检波器，数字检波器之间是级联的。微机电数字检波器管理站主要由中央控制器、数据存储器、程序存储器、数字检波 器电源管理模块、无线数传模块、有线通讯模块及驱动电路、锁相电路、串行输入EEPROM存 储器等组成。主要功能有1)接收主站指令，对数字检波器进行控制和检测；2)管理数字检波器供电，根据主站的指令启动与注销数字检波器的加电；3)启动数字检波器的数据采集与传输，读取数字检波器传来的数据，上传数据到主站。微机电数字检波器管理站与微机电数字检波器之间采用异步串行通讯协议，硬件 接口包括光纤、无线、光无线FS0、数传电缆，在野外施工时可以根据现场情况选用光纤、无 线数传电台、光无线FS0、数传电缆进行连接。(3)微机电数字检波器微机电数字检波器具有早期地震仪的大部分功能，检测振动信号，将检测到的信 号转换成数字信号，传递到管理站。微机电数字检波器主要由控制器、MEMS加速度传感器、 前放、A/D转换、通讯模块、电源管理模块、供电模块等组成，主要功能是检测振动信号，将检 测到的信号转换成数字信号，传递到管理站。微机电数字检波器之间采用异步串行通讯协议，硬件接口包括光纤、无线、光无线 FS0、数传电缆，在野外施工时可以根据现场情况选用光纤、无线数传电台、光无线FS0、数传 电缆进行连接。在微机电数字检波器采集系统研究中，主要研究的内容包括数据通讯系统、数据 采集单元、MEMS传感器、MEMS供电及其管理。要求数据传输高速率、低功耗、低成本。国外 大公司一般都是投入大量人力和财力，研制专门的通讯器件，而研制成功后，对其资料严格 保密，其它人无法知晓。本发明中采用高集成度、低功耗的FPGA，设计了一种微机电数字地 震检波器通讯系统，其将微机电数字检波器与微机电数字检波器之间、微机电数字检波器 与微机电数字检波器管理站之间、微机电数字检波器管理站与中央记录处理单元之间连接 起来，实现了功能，满足了通讯系统的需要。本发明一种微机电数字地震检波器通讯系统包括下行通道和上行通道，其中1)微机电数字检波器下行通道电路示意图如图2所示。主要由信号输入电路 (U21)、接收数据控制电路(U22)、下行数据输出控制电路(U23、U24、U25、U26)、输出驱动电 路(U27)、下行控制模块即微机电数字地震检波器主控制器(MOO)、计时控制模块(M23)、命 令接收比较模块(M24)组成。信号输入电路(U21)接收微机电数字检波器管理站或上一级检波器的命令，接口 有光电转换器接口、无线数传模块接口、数传电缆接口，其中数传电缆接口采用LVDS差分 输入，其它采用单端信号输入方式。U21将输入信号分别传送给接收数据控制电路(U22)、 下行数据输出控制电路(U23、U24、U25、U26)和命令接收比较模块(M24)。计时控制模块(M23)用于为命令接收比较模块(M24)计时，并为其提供复位信号。 当命令接收比较模块(M24)检测到本站命令或者广播命令时，打开数据通道，允许上一级 来的数据进入主控制器(MOO)，由主控制器(MOO)执行相应的命令；否则，本检波器不接收 数据。这样，可以减少主控制器ARM的响应，节约能源。命令接收比较模块(M24)受计时控 制模块(M23)的控制。当有数据来时，命令接收比较模块(M24)向计时控制模块(M23)发 送一个信号，计时控制模块(M23)开始计时。当超时时，即刻对命令接收比较模块(M24)复 位，让其重新接收数据。微机电数字地震检波器主控制器(MOO)是微机电数字检波器的核心，执行管理站 的命令，并向管理站回复相应的信息和数据。下行数据输出控制电路(U23、U24、U25、U26)受微机电数字地震检波器主控制器 (MOO)的控制，根据管理站的命令打开或切断下行数据通道。
输出驱动电路(U27)的作用和信号输入电路(U21)的作用相反，将信号输出。输 出接口有光电转换器接口、无线数传模块接口、数传电缆接口，其中数传电缆接口采用LVDS 输出差分电信号，其它采用单端信号输入方式。下行数据输出控制电路输入输出逻辑关系为TDOWN:CONTROLDOWN*TXD 1 +CONTROLDOWN *RUP(1)其中TD0WN表示本级检波器输出控制电路向下一级输出的数据，C0NTR0LD0WN表 示下行控制信号，TXDl表示本级检波器主控制器输出的数据，RUP表示管理站或上一级检波器传来的数据。2)微机电数字检波器上行通道电路示意图如附图3所示。由输入驱动电路(U31)、 上行数据输出控制电路(U32、U33、U34、U35)组成、上行控制模块即微机电数字地震检波器 主控制器(MOO)、数据接收计数模块(M32)、数据比较模块(M33)、上行输出驱动电路(U36) 组成。上行数据通道的输入驱动电路(U31)功能与下行通道的信号输入电路(U21)相 同，接口也相同，区别是输入驱动电路(U31)是将数据信号分别传到数据接收计数模块 (M32)和上行输出驱动电路(U36)。数据接收计数模块(M32)对接收到的数据计数并计时。当接收到设定的数值时， 将接收到的数据送到数据比较模块(M33)进行比较。若是下一级的数据发送完毕，则复位 数据接收计数模块(M32)，通知微机电数字地震检波器主控制器(MOO)，由微机电数字地震 检波器主控制器(MOO)进行切换，向管理站发送本检波器采集的数据。否则，数据比较模块 (M33)重新开始工作。上行数据输出控制电路(U32、U33、U34、U35)的作用和输入驱动电路 (U31)的作用相反，是将信号输出。输出接口有光电转换器接口、无线数传模块接口、数传电 缆接口，其中数传电缆接口采用LVDS输出差分电信号，其它采用单端信号输入方式。上行数据输出控制电路输入输出逻辑关系为TUI^CONTROLm TXD2+ CONTROLUP ^RDWN(2)其中TUP表示本级检波器输出控制电路向上一级输出的数据，CONTROLUP表示上 行控制信号，TXD2表示本级检波器主控制器输出的数据，RDffN表示下一级检波器传送来的数据。图2、图3仅给出了当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器 与微机电数字检波器之间、微机电数字检波器与微机电数字检波器管理站之间时的示意 图，当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器管理站与中央记录处理单 元之间时，所述上行控制模块和下行控制模块均由微机电数字检波器管理站的通讯控制器 进行控制，只需将图2、图3中的微机电数字地震检波器主控制器(MOO)更换为微机电数字 检波器管理站的通讯控制器即可实现。本发明的工作过程如图6所示上电复位后，微机电数字地震检波器主控制器对 所有通讯电路进行初始化，将下行数据通道和上行数据通道均设置为本机发送状态，等待 管理站或者上一级检波器的命令数据，根据接收到的命令，设置数据传输通道的状态，执行 微机电数字检波器自动识别及排序步骤或者地震采集数据逐级接力上传步骤。
下行数据通道状态有两种数据直通和本机发送。下行数据通道直通状态，是将控 制位C0NTR0LD0WN设置为低电平，根据逻辑关系式⑴可知，下传的数据就是收到的数据， 而把本机发送的数据屏蔽了 ；本机发送状态，是将控制位C0NTR0LD0WN设置为高电平，根据 逻辑关系式(1)可知，向下发送的数据是本机发送的，而把上一级来的数据屏蔽了。控制位 CONTROLDOffN的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将要执行的命令。上行数据通道状态也有两种数据直通和本机发送。上行数据通道直通状态，是 将控制位C0NTR0LUP设置为低电平，根据逻辑关系式(2)可知，上传的数据就是从下一级 来的数据，而把本机的发送数据屏蔽了 ；本机发送状态，是将控制位C0NTR0LUP设置为高电 平，根据逻辑关系式(2)可知，向下发送的数据是本机发送的，而把下一级传来的数据屏蔽 了。控制位C0NTR0LUP的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将要执行的 命令。下行数据输出控制电路与上行数据输出控制电路组合，通过软件控制，实现微机 电数字检波器自动识别及排序和地震采集数据逐级接力上传的功能。实现方法如下1.微机电数字检波器自动识别及排序是通过控制下行数据输出控制电路(U23、 U24、U25、U26)和上行数据输出控制电路(U32、U33、U34、U35)来实现的。识别出检波器的 相对位置，可以确定检波器对应的桩号，实现步骤的框图如图5所示，具体如下(1)上电复位;(2)将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为高电平；(3)进行桩号检测，如果检测到桩号，则转入步骤(4)，如果没有检测到桩号，则转 入步骤(9)；(4)存储收到的逻辑号；(5)向上发送本机出厂号和本机逻辑号；(6)判断是否有主机确认命令，如果有，则转入步骤(7)，如果没有，则转入步骤 (10)；(7)判断主机确认命令是否正确，如果正确，则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP 均设置为低电平；(8)结束。(9)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回步 骤⑶；(10)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回 步骤(6)。2.微机电数字检波器地震采集数据逐级接力上传是通过软件控制下行数据输出 控制电路(U23、U24、U25、U26)和上行数据输出控制电路(U32、U33、U34、U35)来实现的。 减少交互过程，节省时间，提高传输效率，实现步骤的框图如图4所示，具体如下(1)上电复位；(2)判断本机是否为最后一个，如果是，则将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平， 将C0NTR0LUP设置为高电平，延迟IOus后发送一帧采集数据，然后转入步骤(6)；如果否， 则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平，然后转入步骤(3)；(3)判断下一级是否发送完毕，如果发送完毕，则转入步骤(5)，如果没有完毕，则转入步骤⑷；(4)判断延迟时间是否达到，如果到达，则转入步骤(5)，如果没有达到，则步骤 ⑶；(5)将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平，将C0NTR0LUP设置为高电平，然后发送 一帧采集数；(6)则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平。(7)结束。每级传输独立驱动，解决了长距离传输时信号衰减难题。上行和下行数据，经过每 级检波器时，都进行硬件的接收和发送，相当于信号在经过每级检波器时进行隔离，不再直 接相连，避免了总线结构中长距离时信号衰减和相互干扰的缺点，同时对信号重新驱动，增 强了信号，克服了传输时信号的衰减问题，降低了传输的误码率，使得信号传输距离更长。微机电数字检波器下行数据通道中接收数据控制电路(U22)、下行数据输出控制 电路(U23、U24、U25、U26)、计时控制模块(M23)、命令接收比较模块(M24)和上行数据通道 中的上行数据输出控制电路(U32、U33、U34、U35)、数据接收计数模块(M32)、数据比较模块 (M33)，通过本发明将这些都集中于FPGA中。利用本发明，已经研制出了一套小型的数据采 集系统，进行了野外试验，取得了野外实际数据。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本 发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本 发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制 性的意义。
权利要求
一种微机电数字地震检波器通讯系统，用于微机电数字检波器数据采集系统中，微机电数字检波器数据采集系统由一个微机电数字检波器中央记录处理系统、一组微机电数字检波器管理站、一组微机电数字检波器组成。其中，微机电数字检波器中央记录处理系统对每个微机电数字检波器管理站进行管理，每个微机电数字检波器管理站管理的各个微机电数字检波器之间都是串行连接的，而各个微机电数字检波器管理站之间是串行连接的或者并行连接的；所述微机电数字地震检波器通讯系统是用于微机电数字检波器与微机电数字检波器之间、微机电数字检波器与微机电数字检波器管理站之间、微机电数字检波器管理站与中央记录处理单元之间的通讯；其特征在于所述微机电数字地震检波器通讯系统包括下行数据通道和上行数据通道；所述下行数据通道包括信号输入电路、接收数据控制电路、下行数据输出控制电路、输出驱动电路、下行控制模块、计时控制模块、命令接收比较模块，其中，命令接收比较模块用于对接收数据进行识别，决定是否需要本检波器主机接收数据；下行控制模块根据微机电数字检波器管理站的命令，决定是否将接收到的数据直接发送到下一级检波器或微机电数字检波器管理站，还是由本检波器向下发送命令；计时控制模块用于为命令接收比较模块计时，为其提供复位信号；信号输入电路接收微机电数字检波器管理站或上一级检波器的命令，然后将输入信号分别连接到接收数据控制电路、下行数据输出控制电路、命令接收比较模块；命令接收比较模块受计时控制模块的控制；下行控制模块分别通过电路与计时控制模块、命令接收比较模块、接收数据控制电路和下行数据输出控制电路连接；输出驱动电路与数据输出控制电路连接；所述上行数据通道包括输入驱动电路、上行数据输出控制电路组成、上行控制模块、数据接收计数模块、数据比较模块、上行输出驱动电路，其中，上行控制模块控制上传的数据由本检波器发送还是由下一级微机电数字检波器管理站或下一级检波器上传；数据比较模块根据数据比较结果向上行控制模块发送信息和对数据接收计数模块进行复位；数据接收计数模块对接收到的数据计数并计时，然后将接收的数据传到数据比较模块；所述输入驱动电路将数据信号分别传到数据接收计数模块和上行数据输出控制电路；上行控制模块分别通过电路与数据比较模块和上行数据输出控制电路连接，上行输出驱动电路与上行数据输出控制电路连接。
2.根据权利要求1所述的微机电数字地震检波器通讯系统，其特征在于当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器与微机电数字检波器之 间、微机电数字检波器与微机电数字检波器管理站之间时，所述上行控制模块和下行控制 模块均由微机电数字检波器主控制器进行控制；当所述上行数据通道和下行数据通道用于微机电数字检波器管理站与中央记录处理 单元之间时，所述上行控制模块和下行控制模块均由微机电数字检波器管理站的通讯控制 器进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的微机电数字地震检波器通讯系统，其特征在于所述微 机电数字检波器之间的连接采用数传电缆、光纤或光无线FSO ；微机电数字检波器与微机 电检波器管理站之间的连接采用光纤、无线、光无线FSO或网络线；中央记录处理单元与微 机电数字检波器管理站之间的连接采用光纤、无线、光无线FSO或网络线。
4.根据权利要求1或2所述的微机电数字地震检波器通讯系统，其特征在于微机电 数字检波器下行数据通道中的接收数据控制电路、下行数据输出控制电路、计时控制模块、 命令接收比较模块和上行数据通道中的上行数据输出控制电路、数据接收计数模块、数据 比较模块是集成在现场可编程门阵列(FPGA)上的。
5.使用权利要求1或2所述的微机电数字地震检波器通讯系统的方法，其特征在于 所述方法中所述下行数据输出控制电路的输入输出逻辑关系为TDOWN=CONTROLDOWmTXDl +CONTROLDOWN *RUP(1)其中TDOffN表示本级检波器输出控制电路向下一级输出的数据，CONTROLDOWN表示下行控制信号，TXDl表示本级检波器主控制器输出的数据；RUP表示管理站或上一级检波器传来的数据；下行数据通道状态有两种，分别为数据直通状态和本机发送状态；其中，数据直通状态 是将控制位CONTROLDOWN设置为低电平；本机发送状态是将控制位CONTROLDOWN设置为高 电平；控制位CONTROLDOWN的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将要执 行的命令；所述上行数据输出控制电路的输入输出逻辑关系为 TUP=CONTROLm TXD2+CONTROLUP ^RDWN(2)其中TUP表示本级检波器输出控制电路向上一级输出的数据，C0NTR0LUP表示上行控制信号，TXD2表示本级检波器主控制器输出的数据，RDWN表示下一级检波器传送来的数据；上行数据通道状态有两种，分别为数据直通状态和本机发送状态；其中，数据直通状 态是将控制位C0NTR0LUP设置为低电平；本机发送状态是将控制位C0NTR0LUP设置为高电 平。控制位C0NTR0LUP的设置，取决于微机电数字地震检波器主控制器收到的将要执行的 命令；所述方法的步骤为上电复位后，微机电数字地震检波器的主控制器对所有通讯电路 进行初始化，将下行数据通道和上行数据通道均设置为本机发送状态，等待管理站或者上 一级检波器的命令数据，根据接收到的命令，设置数据传输通道的状态，然后执行微机电数 字检波器自动识别及排序步骤或者地震采集数据逐级接力上传步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述微机电数字检波器自动识别及排序 步骤包括(1)上电复位；(2)将控制位CONTROLDOWN、C0NTR0LUP均设置为高电平；(3)进行桩号检测，如果检测到桩号，则转入步骤(4)，如果没有检测到桩号，则转入步骤(9)；(4)存储收到的逻辑号；(5)向上发送本机出厂号和本机逻辑号；(6)判断是否有主机确认命令，如果有，则转入步骤(7)，如果没有，则转入步骤(10)；(7)判断主机确认命令是否正确，如果正确，则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设 置为低电平；(8)结束。(9)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回步 骤·⑶；(10)判断延迟时间是否达到，如果达到，则转入步骤(8)，如果没有达到，则返回步骤(6)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述地震采集数据逐级接力上传步骤包括(1)上电复位；(2)判断本机是否为最后一个，如果是，则将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平，将 C0NTR0LUP设置为高电平，延迟IOus后发送一帧采集数据，然后转入步骤(6)；如果否，则将 控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平，然后转入步骤(3)；(3)判断下一级是否发送完毕，如果发送完毕，则转入步骤(5)，如果没有完毕，则转入 步骤⑷；(4)判断延迟时间是否达到，如果到达，则转入步骤(5)，如果没有达到，则步骤(3)；(5)将控制位C0NTR0LD0WN设置为低电平，将C0NTR0LUP设置为高电平，然后发送一帧 采集数；(6)则将控制位C0NTR0LD0WN、C0NTR0LUP均设置为低电平；(7)结束。
全文摘要
本发明提供了一种微机电数字地震检波器通讯系统，属于数据通讯领域。本发明包括上行数据通道和下行数据通道，本发明采用低功耗、低成本的现有商用器件FPGA，通过逻辑和时序电路的设计，实现了低功耗、高速率的数据传输，可以解决地震勘探中在河流、森林、悬崖等复杂地形下数据的传输问题，减少施工的强度，提高工作效率。本发明与与微机电数字检波器、中央数据记录与处理单元一起，构成了完备的微机电地震数据采集系统。
文档编号G01V1/22GK101984365SQ20101052033
公开日2011年3月9日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者宗遐龄, 常鉴, 徐国庆, 李守才, 王辉明, 肖翌, 薛诗桂, 袁昊, 马国庆 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院