LABVIEW上位機(jī)雙串口同步方法與數(shù)據(jù)采集

1、引言1. 各測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的測(cè)量原理 測(cè)量深度系統(tǒng)是由電纜拖動(dòng)光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，并輸出雙路脈沖信號(hào)來計(jì)數(shù)。對(duì)溫度、電 阻率和自然伽馬的測(cè)量均是通過探頭采集電壓信號(hào)，以 picf87x 系列單片機(jī)為主控單元對(duì)套 管外的介質(zhì)特性進(jìn)行探測(cè)。發(fā)射線圈輸出二次場(chǎng)信號(hào)并在接收線圈接收微弱的差分雙極性脈 沖序列，信號(hào)經(jīng)過濾波、可變?cè)鲆娣糯蠛筮M(jìn)入 a/d 芯片，對(duì)信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化結(jié)果送入單 片機(jī)進(jìn)行編碼，再通過單芯電纜上傳至地面系統(tǒng)。地面系統(tǒng)將接收到的信號(hào)，進(jìn)行解碼判別 通過兩個(gè)通用異步串行接口 rs-232 同步與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信， 然后由上位機(jī)采集軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的接收校驗(yàn)、采集監(jiān)控、合并存儲(chǔ)等工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下深度

2、、溫度、電阻率、自然伽馬數(shù)據(jù) 的采集。1.1 深度的測(cè)量原理測(cè)深是測(cè)井的一個(gè)重要測(cè)量參數(shù)，對(duì)同步于深度的溫度、伽馬、電阻率的測(cè)量有重要影 響?；诠怆娋幋a器的測(cè)深系統(tǒng)，因?yàn)椴皇軓?fù)雜地質(zhì)影響和電磁場(chǎng)的干擾，在探測(cè)效率和精 度上很占優(yōu)勢(shì)。光電編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位移傳感器，廣泛應(yīng)用于角位移或角速率的測(cè)量。該系統(tǒng)采用增量式光電編碼器， 光碼器的內(nèi)部光碼盤的固有分辨率很高， 輸出脈沖信號(hào)， 抗 電干擾能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)接口電路兼容。1.2 溫度的測(cè)量原理井下溫度， 是評(píng)價(jià)地層信息的重要參考依據(jù)。測(cè)井每下井深度增加100m溫度升高3 c,pt100 鉑熱電阻，該所以要選擇高靈敏度且測(cè)量準(zhǔn)確的耐高溫測(cè)溫材料。

3、這里井下系統(tǒng)選用鉑電阻的熱響應(yīng)時(shí)間較小，測(cè)溫范圍一般為-70 c+600 c,因此它很適合于測(cè)量井下的表面溫度和監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)溫度變化。根據(jù)井下條件，在0630 c范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值與溫度間的關(guān)系可以精確地表示為：（1）其中，為溫度為t C時(shí)鉑電阻的電阻值， 表示溫度為0C時(shí)鉑電阻的電阻值 （3）,a、b、 c 分別為常數(shù)。對(duì)于 pt100 , =1003, a=3.90802 C, b=-5.802 C, c=0。由公式（1）可以得 出在100C時(shí)，電阻值的變化量是 38.5 3 ,而由bt2帶來的變化量為 0.58 3 ,在系統(tǒng)中影響 為 1.5%。因此可將 pt100 近似作為線性器件來使

4、用。1.3 電阻率的測(cè)量原理測(cè)量電阻率的儀器過套管本身是一個(gè)巨大的金屬良導(dǎo)體,其電阻率要比井眼流體的電阻 率低很多, 在向地層發(fā)射低頻電信號(hào)后, 一般頻率選擇在用 0.01 10.0hz 之間頻率, 大部分 電流在金屬套管中流動(dòng),但是仍然有小部分的電流通過金屬套管進(jìn)入地層。如果可以檢測(cè)到 儀器測(cè)量電極與地面回路電極之間的電位差,并且可以檢測(cè)流入地層的電流,就能夠得到地 層電阻率信息。供電電極向套管通以極低頻率的注入總電流 i ,一部分泄漏到地層中, 稱之為泄露電流, 進(jìn)入地層的電流大小由地層電阻率決定。儀器測(cè)量電極測(cè)出從套管泄露流入地層的電流產(chǎn)生 的電位差,它與地層的電阻率成正比。利用歐姆定律

5、計(jì)算：（ 2）（ 3）式中, k 為測(cè)井儀器常數(shù),根據(jù)井眼的實(shí)際情況確定 ;為測(cè)量段套管的電阻。1.4 自然伽馬的測(cè)量原理傳統(tǒng)的自然伽馬測(cè)井, 主要是利用伽馬探測(cè)器測(cè)量地層中的 u、 th、 k 等元素的含量, 即 利用探測(cè)器測(cè)量地層中總的自然伽馬射線強(qiáng)度, 以此為依據(jù)來研究地層性質(zhì), 劃分地層巖性, 求出地層的泥質(zhì)含量。自然伽馬測(cè)量電路還有一個(gè)重要作用,那就是輔助校深。由于單位時(shí) 間內(nèi)的脈沖數(shù)和伽馬射線的強(qiáng)度成正比關(guān)系，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)就可以確定套管接箍 的位置，井下套管是由很多段的標(biāo)準(zhǔn)套管連接起來的，且標(biāo)準(zhǔn)套管的長度是一定的，因此通 過接箍的位置就可以為整個(gè)系統(tǒng)的深度測(cè)量提供校正，即

6、輔助校深。2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)思路 根據(jù)井下系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，深度數(shù)據(jù)格式是十六進(jìn)制四字節(jié)，溫度、電阻率、自然伽馬 的數(shù)據(jù)格式是十六進(jìn)制表示的48個(gè)字節(jié)，第0字節(jié)是首判斷位Oxaa，第2字節(jié)還是個(gè)判斷位（0xa1或0xa2），尾判斷位是0xbb，除了判斷位，剩下的字節(jié)就表示所需采集的22個(gè)數(shù)據(jù)，包括溫度、電阻率、自然伽馬的數(shù)據(jù)。因?yàn)榫码娐废到y(tǒng)電阻、電容不匹配或干擾信號(hào) 的影響，難免會(huì)出現(xiàn)采集上來的數(shù)據(jù)與單片機(jī)原設(shè)定好的的數(shù)據(jù)格式不匹配。 為了防止這樣， 我們必須采用合理的方法， 確保數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性。 設(shè)計(jì)思路是： 兩路 rs-232 與計(jì)算機(jī) 進(jìn)行串口通信后，

7、 數(shù)據(jù)暫存在緩沖區(qū)， 運(yùn)行程序后， 當(dāng)幀頭是 aa 時(shí)開始提取數(shù)據(jù)， 否則放棄 保留數(shù)據(jù)。然后如果再提取 47 個(gè)字節(jié)之后是幀尾 bb 的話，則保留數(shù)據(jù)，否則放棄保留。再 次如果第2字節(jié)是0xa1，數(shù)據(jù)保留為一組，如果第2字節(jié)是0xa2,數(shù)據(jù)保留為另一組。然后把以上數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)按時(shí)間合并匹配，然后順序依次寫入文檔。如圖1 所示是數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)思路。 2.2 程序面板總體框架圖 1 數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)思路圖 2 軟件操作流程圖2.3 前面板設(shè)計(jì)（ 2）波形顯示控件。當(dāng)程序運(yùn)行過程中，顯示visa 讀取到深度、溫度、電阻率、伽馬值的大小和描繪出的連續(xù)變化曲線。（ 3）開始采集、清除波形、退出控件。開始采

8、集控件實(shí)現(xiàn)開始采集各個(gè)數(shù)據(jù)，清除控件 是把存在在波形圖表控件中的數(shù)據(jù)曲線清零，即賦零值，退出控件指退出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（4） 歷史數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑控件。通過對(duì)路徑的選擇， 實(shí)現(xiàn)對(duì)以往數(shù)據(jù)的回放和 對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。（5）選擇性選擇顯示數(shù)據(jù)。通過選擇控件，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些數(shù)據(jù)曲線的顯示和隱藏。 軟件操作過程流程圖如圖 2 所示。2.4 程序面板的設(shè)計(jì)2.4.1 串口通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)2.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊首先是初始化，此處的最重點(diǎn)是 visa 的串口配置，調(diào)用“ visa 串口配置”函數(shù)中的資 源名稱連接口是指定的串口按特定設(shè)置初始化， 通過將數(shù)據(jù)連線至 visa 資源名稱輸入端， 可 確定要使用的波特

9、率，數(shù)據(jù)比特，停止位的選擇等。再次是通過調(diào)用“ visa 讀取”函數(shù)，將從 visa 資源名稱指定的設(shè)備或接口讀取指定數(shù) 量的字節(jié)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)。 “visa 資源名稱”的屬性節(jié)點(diǎn)，選擇 instri 類的屬 性中的 serial setting： number of bytes at serial port，讀取緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，并再次返回緩沖區(qū)。最后是將兩組緩沖區(qū)讀取的字符串變成所需要的不帶符號(hào)的字節(jié)數(shù)組，然后通過“插入 數(shù)組”控件將兩組數(shù)據(jù)連接起來，最后通過波形圖表顯示控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。圖3 所示是串口數(shù)據(jù)的讀取和連接。圖 3 串口數(shù)據(jù)讀取和連接2.4.3 數(shù)據(jù)分析處理模

10、塊（ 1 ）數(shù)據(jù)寫入二進(jìn)制文件：把采集到的數(shù)據(jù)存放一個(gè)數(shù)組里，再連接“數(shù)組至電子表格 字符串轉(zhuǎn)換”函數(shù)，使數(shù)組轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制的字符串形式表格，然后再把數(shù)據(jù)寫入二進(jìn)制文 件。為了以后方便對(duì)數(shù)據(jù)的查詢，可以連接“獲取時(shí)間 / 日期字符串”函數(shù)，把實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) 的時(shí)間記錄下來，寫入二進(jìn)制文件。（2）數(shù)據(jù)保存：使用“打開 - 創(chuàng)建-替換文件”函數(shù)，可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)指定的.txt文檔中。（3）數(shù)據(jù)清除：有必要把正在采集的數(shù)據(jù)清除掉，以便對(duì)下次重新采集數(shù)據(jù)帶來方便， 數(shù)據(jù)的清除也即把采集的數(shù)據(jù)變?yōu)榱?，所以可以把采集到的?shù)據(jù)保存到一個(gè)簇，利用波形圖 表的屬性節(jié)點(diǎn)給簇賦予零值，這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的清除。（4）退出程序：利用“關(guān)閉文件”函數(shù)可以關(guān)閉指定的打開文件，并且返回引用原來文 件的位置。2.4.4 采集系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果3. 結(jié)論參考