目的。正常情況下，下行命令傳輸通道為低速率模式，進(jìn)行命令下發(fā)工作，上行數(shù)據(jù)傳輸通道為高速率模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳工作。采集站同時(shí)檢測(cè)低功耗命令，當(dāng)軟件配置低功耗模式后，時(shí)鐘模塊更改上行數(shù)據(jù)傳輸通道的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，使上行數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)入低速率模式，由功耗和頻率關(guān)系可知，頻率降低后，功耗也將下降，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入到低功耗狀態(tài)。低功耗狀態(tài)下，上行數(shù)據(jù)傳輸通道和下行命令傳輸通道均工作于低速率模式，此時(shí)可以進(jìn)行小量狀態(tài)數(shù)據(jù)的上傳，如溫度、電壓等。低功耗狀態(tài)下的采集站檢測(cè)脫離低功耗命令，當(dāng)軟件配置脫離低功耗模式后，時(shí)鐘模塊再次更改上行數(shù)據(jù)傳輸通道的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，使上行數(shù)據(jù)傳輸通道再次進(jìn)入高速率模式，即重新進(jìn)入到正常工作模式。
[0032]為了實(shí)現(xiàn)RS485傳輸高速率，合理設(shè)計(jì)了傳輸協(xié)議，圖3所示為本發(fā)明所使用的RS485幀協(xié)議結(jié)構(gòu)，每幀由16-bit構(gòu)成，1-bit起始位，10-bit數(shù)據(jù)位，1-bit停止位，4_bit冗余位，包括2-bit O和2-bit 1，其目的一方面保持每幀中標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的0、1比例相同，另一方面便于檢測(cè)下一幀起始位，此外將每幀設(shè)計(jì)為16-bit便于時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)。FPGA內(nèi)部也采用了高效8B/10B編碼，從而使得每幀結(jié)構(gòu)中0、1比例均衡，避免長(zhǎng)時(shí)間傳輸下產(chǎn)生基線漂移而增加誤碼率。
[0033]為了降低時(shí)鐘偏移對(duì)誤碼的影響，RS485發(fā)送端和RS485接收端的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘是不同的，設(shè)計(jì)中，RS485接收端的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為RS485發(fā)送端的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的16倍(圖1中的下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊7、上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊9可認(rèn)為是RS485接收端，而下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊8、上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊10可認(rèn)為是RS485發(fā)送端，下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊7的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊8的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的16倍，上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊9的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊10的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的16倍)。圖4所示為RS485接收端時(shí)序，RS485接收端在RS485發(fā)送端每位的中心位置讀取數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性。此時(shí)每幀尾部的連續(xù)
2-bit I成為有效的幀間隔，對(duì)提高傳輸速率起了重要作用。
[0034]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括設(shè)置在各個(gè)采集站內(nèi)的下行輸入RS485接口、下行輸出RS485接口、上行輸入RS485接口、上行輸出RS485接口、FPGA和A/D變換芯片，所述下行輸入RS485接口、下行輸出RS485接口和FPGA構(gòu)成下行命令傳輸通道，所述上行輸入RS485接口、上行輸出RS485接口和FPGA構(gòu)成上行數(shù)據(jù)傳輸通道； 所述FPGA內(nèi)設(shè)有下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊、下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊、上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊、上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊、下行多路開(kāi)關(guān)、上行多路開(kāi)關(guān)、下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊、上行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊、8B/10B解碼模塊、8B/10B編碼模塊、本地命令緩存模塊、命令解析模塊、時(shí)鐘模塊、ADC輸出驅(qū)動(dòng)模塊和本地?cái)?shù)據(jù)緩存模塊； 所述下行輸入RS485接口的輸出端通過(guò)下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊分別與下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊和8B/10B解碼模塊的輸入端連接，所述下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊的輸出端通過(guò)下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊與下行輸出RS485接口的輸入端連接，所述下行輸出RS485接口的輸出端與下級(jí)采集站連接，所述8B/10B解碼模塊的輸出端通過(guò)本地命令緩存模塊和命令解析模塊與時(shí)鐘模塊的輸入端連接，所述時(shí)鐘模塊的輸出端通過(guò)下行多路開(kāi)關(guān)分別與下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊和下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接，所述時(shí)鐘模塊的輸出端通過(guò)上行多路開(kāi)關(guān)分別與上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊和上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接； 所述上行輸入RS485接口的輸出端通過(guò)上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊與上行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊的輸入端連接，所述上行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊的輸出端通過(guò)上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊與上行輸出RS485接口的輸入端連接，所述A/D變換芯片的輸出端通過(guò)ADC輸出驅(qū)動(dòng)模塊與本地?cái)?shù)據(jù)緩存模塊的輸入端連接，所述本地?cái)?shù)據(jù)緩存模塊的輸出端通過(guò)8B/10B編碼模塊和上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊與上行輸出RS485接口的輸入端連接，所述上行輸出RS485接口的輸出端與上級(jí)采集站連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述下行輸入RS485接口、下行輸出RS485接口、上行輸入RS485接口和上行輸出RS485接口均選用SN65HVD78型芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述FPGA選用Altera公司的Cyclone系列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)系統(tǒng)上電時(shí)，下行命令傳輸通道和上行數(shù)據(jù)傳輸通道均處于低速率模式，等待系統(tǒng)發(fā)送通道判定命令；通道判定后，下行命令傳輸通道仍為低速率模式，負(fù)責(zé)用戶配置命令的下發(fā)，上行數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)入高速率模式，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的上傳； (2)用戶配置命令通過(guò)下行命令傳輸通道的下行輸入RS485接口到達(dá)下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行解碼；下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊將解出的ΙΟ-bit命令發(fā)送給8B/10B解碼模塊，8B/10B解碼模塊將ΙΟ-bit命令轉(zhuǎn)換成8-bit命令，并發(fā)送給本地命令緩存模塊進(jìn)行緩存； (3)命令解析模塊對(duì)本地命令緩存模塊緩存的命令進(jìn)行解析，當(dāng)解析到低功耗命令時(shí)，通知時(shí)鐘模塊將上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊和上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由高速更改為低速，使上行數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)入低速率模式；當(dāng)解析到脫離低功耗命令時(shí)，通知時(shí)鐘模塊將上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊和上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘由低速更改為高速，使上行數(shù)據(jù)傳輸通道再次進(jìn)入高速率模式； (4)下行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊將解出的ΙΟ-bit命令發(fā)送給8B/10B解碼模塊的同時(shí)，也發(fā)送給下行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊，經(jīng)由下行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊和下行輸出RS485接口轉(zhuǎn)發(fā)給下級(jí)采集站； (5)下級(jí)采集站發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)由上行輸入RS485接口和上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊到達(dá)上行轉(zhuǎn)發(fā)緩存模塊，再經(jīng)由上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊和上行輸出RS485接口轉(zhuǎn)發(fā)給上級(jí)采集站；本地?cái)?shù)據(jù)緩存模塊對(duì)本地ADC變換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并發(fā)送給8B/10B編碼模塊；8B/10B編碼模塊將8-bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ΙΟ-bit數(shù)據(jù)，并發(fā)送給上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊；上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊按照特定RS485幀協(xié)議構(gòu)建本地幀，并通過(guò)上行輸出RS485接口發(fā)送給上級(jí)米集站。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于，步驟(3)中，所述上行輸入RS驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘為上行輸出RS驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的16倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸方法，其特征在于，步驟(6)中，所述特定RS485幀協(xié)議為每幀由16-bit構(gòu)成，其中，1-bit起始位，ΙΟ-bit數(shù)據(jù)位，1-bit停止位，4-bit冗余位，所述4_bit冗余位包括2_bit O和2-bit 1
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括設(shè)置在各個(gè)采集站內(nèi)的下行輸入RS485接口、下行輸出RS485接口、上行輸入RS485接口、上行輸出RS485接口、FPGA和A/D變換芯片，所述下行輸入RS485接口、下行輸出RS485接口和FPGA構(gòu)成下行命令傳輸通道，所述上行輸入RS485接口、上行輸出RS485接口和FPGA構(gòu)成上行數(shù)據(jù)傳輸通道。本發(fā)明還提供一種用于地球物理勘探的RS485高效長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸方法。本發(fā)明為地震勘探數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種有效途徑；同時(shí)利用RS485傳輸速率的可控性，為地震勘探儀器系統(tǒng)提供了一種有效的低功耗模式，可大大增加勘探儀器的野外待機(jī)時(shí)間，對(duì)提高野外作業(yè)效率具有重要意義。
【IPC分類】H04L12-40, H04L1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104601422
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510055154
【發(fā)明人】曹桂平, 陳靜, 王映初, 楊陽(yáng)
【申請(qǐng)人】合肥國(guó)為電子有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日