基于DSP便攜式數(shù)控測井系統(tǒng)的設(shè)計

3．5 數(shù)字信號預(yù)處理電路
數(shù)控測井系統(tǒng)待處理的數(shù)字信號包括脈沖信號及編碼信號兩大類。其中脈沖信號主要源于自然伽馬測井儀及多臂井徑儀，其頻率范圍在400 kHz以內(nèi)，窄脈沖寬度l～250μs。圖6為脈沖信號預(yù)處理電路，Vin為輸入脈沖信號，Vout為輸出信號。編碼信號主要源于組合式測井儀器，通常采用曼徹斯特II碼，其典型的傳輸速率為5．7292 kB／s。由于這兩類信號均屬于數(shù)字信號，其預(yù)處理電路類似。數(shù)字信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器74HCT244后，送至DSP的EV單元進(jìn)行相關(guān)處理。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺采用TI公司的CCS3.3(Code Composer Studio)，利用CCS自帶的DSP／BIOS實時操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。通過使用DSP／BIOS提供的標(biāo)準(zhǔn)API接口，用戶可快速開發(fā)滿足實時性要求的多任務(wù)應(yīng)用程序。由于引入實時操作系統(tǒng)，所以在軟件設(shè)計時采用層次化的設(shè)計思想，系統(tǒng)軟件包括：硬件驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層及應(yīng)用程序?qū)?。其中，硬件?qū)動層負(fù)責(zé)與硬件有關(guān)的各個模塊及外圍相關(guān)硬件電路的驅(qū)動程序設(shè)計；操作系統(tǒng)層利用DSP／BIOS完成進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、資源分配等操作；應(yīng)用程序?qū)觿t是利用操作系統(tǒng)層提供的API接口函數(shù)，完成系統(tǒng)應(yīng)用軟件程序的編寫工作，實現(xiàn)硬件無關(guān)性。
系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言編寫，其流程如圖7所示。系統(tǒng)上電后，程序首先執(zhí)行DSP的初始化和DSP／BIOS的初始化操作，然后啟動實時操作系統(tǒng)，之后便由該操作系統(tǒng)完成進(jìn)程的調(diào)度操作，實現(xiàn)不同任務(wù)之問的切換。由于采用實時操作系統(tǒng)，所以系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)定性和可靠性得到明顯提高，便于軟件代碼的復(fù)用及移植操作，易于系統(tǒng)軟件的維護(hù)與升級。

5 實驗結(jié)果
數(shù)控系統(tǒng)與井下設(shè)備之間的信號傳輸采用電纜完成，長度為5 000~7 000 m，在長線傳輸過程中，由于分布電容及纜芯本身的電阻影響，信號特性必然損失。為真實反映實際信號，利用一個阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成電纜模擬器，取電阻R=24Ω，電容C=0．033μF，模擬7 000 m的同軸電纜，如圖8所示。

假定井下儀器以曼徹斯特II碼的形式將信號上傳至數(shù)控系統(tǒng)時，該信號已產(chǎn)生一定程度失真，此時系統(tǒng)會對已失真的信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，提取編碼信號的特征信息，以窄脈沖的形式送給DSP進(jìn)行相關(guān)處理，如圖9所示。試驗結(jié)果表明，數(shù)控系統(tǒng)可準(zhǔn)確再現(xiàn)數(shù)字信號的特征信息，利用系統(tǒng)軟件正確識別數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論
針對大型數(shù)控測井系統(tǒng)體積龐大、價格昂貴這一現(xiàn)狀，提出便攜式數(shù)控測井地面系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并著重論述了地面系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理部分硬件電路設(shè)計。由于系統(tǒng)軟件是基于DSP／BIOS架構(gòu)，從而明顯提高了系統(tǒng)的集成度，降低了整機(jī)的功耗。該系統(tǒng)已研制出原理樣機(jī)，通過實驗測試。達(dá)到了預(yù)期的效果，為批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。