一种油田井下数据传输系统及方法

1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种油田井下数据传输系统及方法。

背景技术：

2.油田工况数据的传输方式的发展可以大致分为三个阶段。初期，采油机工况的监测完全依赖人力的方式，巡检工人随身携带笨重的仪表到各个油井现场进行实地测量，这种方式不仅不能及时的掌握各个油井的实际工况，还存在人工测量带来的误差。随着通信技术的不断发展，为保证油气产量的稳定性，油田对采油机工况监测的实时性和可靠性需求加强，工况数据的传输方式进入第二阶段，有线传输阶段。通过电缆、电线将远端的采油机工况数据稳定的传输到监控中心，很大程度上解决了人工巡井方式的诸多弊端，如实时性不好、人为引入误差不一致等问题。随着传输技术的进一步发展，油田工况数据的传输方式进入到第三个阶段，无线传输阶段。无线传输方式解决了远距离和实时性要求之间的矛盾，突破了有线传输方式受地理环境影响的阻碍，方便进行扩展和维护，建设成本不高。
3.然而，目前石油测井领域需要传输的信息种类比较多，有数据传输、图像传输和视频传输等，相比无线传输，有线传输抗干扰能力更强，因此有线传输更加能适应井下数据传输的需求。目前多采用基于rs485技术的数据传输方式，这种技术存在速度较慢的问题，而且目前的数据传输系统中不具有纠错的功能，对提高数据传输的质量帮助不是很大。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种油田井下数据传输系统及方法，用以解决现有技术中rs485总线技术传输速率较低，而且不具有纠错功能的问题。
5.一方面，本发明实施例提供了一种油田井下数据传输系统，包括：
6.汉明编码模块，用于接收油田井下现场装置发送的数据，并利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；
7.fpga芯片和上位机，fpga芯片中具有：
8.接收解码模块，用于通过lvds通道接收汉明编码数据，并对汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；
9.上位机通过以太网接收原始数据。
10.另一方面，本发明实施例提供了一种油田井下数据传输方法，包括：
11.接收油田井下现场装置发送的数据；
12.对油田井下现场装置发送的数据利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；
13.通过lvds通道接收汉明编码数据；
14.对汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；
15.将原始数据通过以太网发送给上位机。
16.本发明中的一种油田井下数据传输系统及方法，具有以下优点：
17.采用简单高效的汉明码编码技术，结合lvds收发器，实现油田现场装置的控制以及数据采集的数据传输。比起传统的油田数据传输系统，本发明采用lvds代替rs-485技术，传输速率提高10倍以上，可以实现数据的高速传输。与此同时，结合汉明码技术，在允许范围类实现错误可纠正，保证现场装置的正常运行。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种油田井下数据传输系统的组成示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.图1为本发明实施例提供的一种油田井下数据传输系统的组成示意图。本发明实施例提供了一种油田井下数据传输系统，包括：
22.汉明编码模块，用于接收油田井下现场装置发送的数据，并利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；
23.fpga芯片和上位机，fpga芯片中具有：
24.接收解码模块，用于通过lvds通道接收汉明编码数据，并对汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；
25.上位机通过以太网接收原始数据。
26.示例性地，比起传统的串口通信，例如rs485，lvds(low-voltage differential signaling，低电压差分信号)可以用极低的电压摆幅和高速差动传输数据，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等优点。采用以太网与上位机通信，可以实现数据采集和控制，具有价格低廉、稳定可靠、传输速度快、传输距离远等特点，是油田上控制现场装置以及获取现场装置数据的最好选择。而汉明码是一种简单高效的编码，其具有纠错检查错功能的特性，适用于要求比较高的数据传输场合。
27.汉明编码模块可以设置在现场装置上，同时现场装置上还可以设置存储模块，该存储模块用于存储生成矩阵g，在通过lvds通道发送汉明编码数据之前，汉明编码模块将油田井下现场装置发送的数据x与生成矩阵g进行异或运算，得到汉明编码数据。而fpga(filed programmable gatearray，现场可编程门阵列)芯片接收的汉明编码数据首先被fpga芯片内部的cdr(clock data recovery，时钟数据恢复)模块获取，cdr模块对接收的汉明编码数据进行时钟恢复后，恢复后的数据传输至fifo(first in first out，先进先出)模块进行暂时存储，fifo模块中的数据将由接收控制模块获取，并由接收编码模块进行解码，获得原始数据。
28.在接收解码模块获得原始数据后，通过寄存器控制模块、缓存模块和以太网通信模块传输至fpga芯片外部，然后再通过fpga芯片外部的型号为m88e1111的phy(物理层)芯片以及rj45接口将数据传输至上位机。而且，fpga芯片中具有时钟管理模块，其用于产生并向fpga芯片中各个模块提供需要的时钟信号。
29.本发明的系统在上电后，fpga芯片读取缓存模块中flash的配置参数，寄存器控制模块通过以太网通信模块完成对phy芯片的初始化。现场装置在工作时，将采集的数据上传给fifo模块，接收控制模块依次将接收fifo模块中的数据读取，由接收解码模块解码然后放入缓存模块的dpram(dual-ported ram，双埠随机存取内存)中，然后经过以太网通信模块和phy芯片通过以太网接口(rj45)上传给上位机。
30.在一种可能的实施例中，还包括：crc校验模块，用于对汉明编码数据进行crc校验，形成相应的crc校验结果，将crc校验结果与汉明编码数据组合，形成相应的crc校验数据；接收解码模块通过lvds通道接收crc校验数据，对crc校验数据进行解码，获得汉明编码数据和crc校验结果。
31.示例性地，crc校验模块也可以设置在现场装置上。经过对汉明编码数据进行crc(cyclic redundancy check，循环冗余校验)校验后，得到的crc校验结果可以添加在汉明编码数据后方，形成crc校验数据。
32.在对汉明编码数据进行crc校验后，接收解码模块还确定解码得到的crc校验结果的rd(running disparity，运行一致性)是否正确，如果正确，则对汉明编码数据进行crc校验，获得相应的crc校验结果，并将该校验得到的crc校验结果和解码得到的crc校验结果进行比较，如果相同，则对汉明编码数据进行解码，获得原始数据。
33.如果解码得到的crc校验结果的rd错误，接收解码模块对汉明编码数据进行解码，获得初始数据，将初始数据与校验矩阵h进行异或运算，如果运算结果为零，则将初始数据作为原始数据。
34.如果校验得到的crc校验结果和解码得到的crc校验结果相同，则表明传输过程中数据未发生，因此可以直接进行汉明解码，得到准确无误的原始数据。而如果解码得到的crc校验结果的rd错误，但是运算结果为零，表明仅仅是crc校验结果在传输过程中发生了错误，但是数据本身并未发生错误，因此也可以直接进行汉明解码，得到准确无误的原始数据。
35.而如果运算结果不为零，则根据检验参数表s确定错误发生的位置，如果检验参数表s中的值为奇数，则对初始数据中发生错误的位置进行纠错，获得原始数据，如果检验参数表s中的值为偶数，则将初始数据丢弃，并报告上位机。
36.检验参数表s中的值为奇数时，表明数据在传输过程中发生了单比特错误，该单比特错误能够被纠正，而检验参数表s中的值为偶数时，表明数据在传输过程中发生的错误超过了一个比特，这种错误超出了crc校验的纠错能力，因此需要将数据舍弃。
37.进一步地，上述确定解码得到的crc校验结果的rd是否正确都是在接收解码模块确定汉明编码数据的rd正确的情况下进行的，如果汉明编码数据的rd错误，则接收解码模块对汉明编码数据进行解码，获得初始数据，将初始数据与校验矩阵h进行异或运算，并根据检验参数表s确定错误发生的位置，如果检验参数表s中的值为奇数，则对初始数据中发生错误的位置进行纠错，获得原始数据，如果检验参数表s中的值为偶数，则将初始数据丢
弃，并报告上位机。
38.如果汉明编码数据的rd错误，说明数据在传输过程中已经发生了错误，此时检验参数表s中的值已经不可能为零，因此仅需要根据检验参数表s中的值为奇数还是偶数进行相应的处理。上述检验参数表s和校验矩阵可以存储在fpga芯片的缓存模块中。
39.在一种可能的实施例中，还包括：8b/10b编码模块，用于对crc校验数据进行8b/10b编码，获得相应的8b/10b编码数据；接收解码模块通过lvds通道接收8b/10b编码数据，对8b/10b编码数据进行解码，获得crc校验数据。
40.示例性地，8b/10b编码模块也可以设置在现场装置上。8b/10b编码能够增加信号均衡性，以便于cdr模块进行空间采样用来恢复时钟。而且本发明将crc校验和8b/10b编码相结合，可以保证数据可靠性，进可能降低数据发生的错误超过汉明码的纠错能力的可能性。
41.在一种可能的实施例中，fpga芯片中还具有：发送编码模块，用于接收上位机发送的指令数据，将指令数据利用汉明码进行编码获得相应的汉明发送数据；油田井下数据传输系统还包括：汉明解码模块，用于通过lvds通道接收汉明发送数据，并对汉明发送数据进行解码，获得指令数据，将指令发送给油田井下现场装置。
42.示例性地，fpga芯片的缓存模块中还存储有生成矩阵g，当上位机需要发送指令数据y(例如井深、钻压、泥浆排量等)给现场装置时，发送编码模块将数据y与生成矩阵g进行异或运算，即可得到汉明码编码后的数据。上位机发送指令数据后，通过以太网通信模块传输给缓存模块，以便于跨时钟域，而寄存器控制模块将从缓存模块中读取的指令数据放入dpram中，发送控制模块将数据包进行解包，并进行数据解析，以确定从哪个lvds通道进行指令数据，进而发送给相应的现场装置。当现场装置向上位发送数据的同时，上位机需要发送指令数据时，以太网通信模块暂停从缓存模块读取数据，以进行指令数据的发送。
43.本发明实施例还提供了一种油田井下数据传输方法，包括：
44.接收油田井下现场装置发送的数据；
45.对油田井下现场装置发送的数据利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；
46.通过lvds通道接收汉明编码数据；
47.对汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；
48.将原始数据通过以太网发送给上位机。
49.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
50.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种油田井下数据传输系统，其特征在于，包括：汉明编码模块，用于接收油田井下现场装置发送的数据，并利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；fpga芯片和上位机，所述fpga芯片中具有：接收解码模块，用于通过lvds通道接收所述汉明编码数据，并对所述汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；所述上位机通过以太网接收所述原始数据。2.根据权利要求1所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，还包括：crc校验模块，用于对所述汉明编码数据进行crc校验，形成相应的crc校验结果，将所述crc校验结果与所述汉明编码数据组合，形成相应的crc校验数据；所述接收解码模块通过lvds通道接收所述crc校验数据，对所述crc校验数据进行解码，获得所述汉明编码数据和crc校验结果。3.根据权利要求2所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，所述接收解码模块还确定解码得到的crc校验结果的rd是否正确，如果正确，则对所述汉明编码数据进行crc校验，获得相应的crc校验结果，并将该校验得到的crc校验结果和解码得到的crc校验结果进行比较，如果相同，则对所述汉明编码数据进行解码，获得所述原始数据。4.根据权利要求3所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，如果解码得到的crc校验结果的rd错误，所述接收解码模块对所述汉明编码数据进行解码，获得初始数据，将所述初始数据与校验矩阵h进行异或运算，如果运算结果为零，则将所述初始数据作为所述原始数据。5.根据权利要求4所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，如果所述运算结果不为零，则根据检验参数表s确定错误发生的位置，如果所述检验参数表s中的值为奇数，则对所述初始数据中发生错误的位置进行纠错，获得所述原始数据，如果所述检验参数表s中的值为偶数，则将所述初始数据丢弃，并报告所述上位机。6.根据权利要求3所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，所述接收解码模块还确定所述汉明编码数据的rd是否正确，如果正确，再确定解码得到的crc校验结果的rd是否正确。7.根据权利要求6所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，如果所述汉明编码数据的rd错误，则所述接收解码模块对所述汉明编码数据进行解码，获得初始数据，将所述初始数据与校验矩阵h进行异或运算，并根据检验参数表s确定错误发生的位置，如果所述检验参数表s中的值为奇数，则对所述初始数据中发生错误的位置进行纠错，获得所述原始数据，如果所述检验参数表s中的值为偶数，则将所述初始数据丢弃，并报告所述上位机。8.根据权利要求2所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，还包括：8b/10b编码模块，用于对所述crc校验数据进行8b/10b编码，获得相应的8b/10b编码数据；所述接收解码模块通过lvds通道接收所述8b/10b编码数据，对所述8b/10b编码数据进行解码，获得所述crc校验数据。9.根据权利要求1所述的一种油田井下数据传输系统，其特征在于，所述fpga芯片中还具有：
发送编码模块，用于接收所述上位机发送的指令数据，将所述指令数据利用汉明码进行编码获得相应的汉明发送数据；所述油田井下数据传输系统还包括：汉明解码模块，用于通过lvds通道接收所述汉明发送数据，并对所述汉明发送数据进行解码，获得所述指令数据，将所述指令所述发送给油田井下现场装置。10.一种油田井下数据传输方法，其特征在于，包括：接收油田井下现场装置发送的数据；对油田井下现场装置发送的数据利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；通过lvds通道接收所述汉明编码数据；对所述汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；将所述原始数据通过以太网发送给上位机。

技术总结

本发明公开了一种油田井下数据传输系统及方法，系统包括：汉明编码模块，用于接收油田井下现场装置发送的数据，并利用汉明码进行编码，获得相应的汉明编码数据；FPGA芯片和上位机，FPGA芯片中具有：接收解码模块，用于通过LVDS通道接收汉明编码数据，并对汉明编码数据进行解码，获得相应的原始数据；上位机通过以太网接收原始数据。本发明采用LVDS进行数据传输，传输速率提高10倍以上，可以实现数据的高速传输。与此同时，结合汉明码技术，在允许范围类实现错误可纠正，保证现场装置的正常运行。保证现场装置的正常运行。保证现场装置的正常运行。