用于地球物理勘探的rs485高效长距离数据传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地球物理勘探仪器中的数据传输技术领域，具体是一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统。
【背景技术】
[0002]对于大型地震勘探系统，高效稳定的长距离数据传输是一个关键问题，决定了系统的稳定性以及采集数据的完整性。在地震勘探系统中，采集站之间、交叉站之间以及交叉站与主控站(仪器车)之间都存在着不同速率、不同距离的数据传输。其中，采集站由于数量多、距离远(如单站多道下100米远距离传输)，亟需一种高效稳定、功耗较低的数据传输方案。
[0003]目前业界常用的较为成熟的长距离传输方法有如下几种:1)基于LVDS接口的差分电传输方式；2)基于RS485接口的差分电传输方式；3)基于光接口的光传输方式；4)基于TCP/IP协议的网络传输方式。基于LVDS接口的差分电传输方式，由于其内在PLL器件工作频率的限制，其最低速率通常在10Mbps以上，长距离情况下要实现稳定传输，这对传输介质提出了很高的要求，通常不宜用在数量较多的场合，比如大型勘探系统中的采集站之间，由于采集站数量众多，使用LVDS传输方式，功耗大，费用高。基于光接口的光传输方式，支持的速率大，误码率低，对于长距离下大容量数据传输是一个不错的选择。然而，由于野外施工作业的特殊性(采集站需要滚动，接插件需要不断地拔插)，且野外施工地形复杂，光纤容易被折断，光纤连接器容易受损，在采集站之间采用光传输方式，维护成本高，目前业界已少有使用。基于TCP/IP协议的网络传输方式要实现稳定无差错传输，通常需要网络栈的支持，这要求传输单元内嵌处理器，移植网络协议，或者采用FPGA直接驱动网络物理层芯片，实现复杂；无论采用哪种方式都会造成单元结构复杂、成本大，不宜使用在采集单元数量众多的场合。基于RS485接口的差分电传输方式可以支持较远距离的稳定传输，然而随着传输距离的增加，其可靠传输速率也急剧下降。如在100米传输距离下，通常的RS485传输方案只能支持到1Mbps传输速率，这对于高精度(24-bit)、采样率较高(Iksps)的地震勘探系统而言，需要在采集站中增加较大的本地缓存RAM，而且在该低速率下，数据传输的时间较长，系统死时间较大，是不适宜使用的。
[0004]目前国内外最为先进的地震勘探仪器中的数据采集系统是法国Sercel公司的428XL陆上地震数据采集系统，中海油海上地震数据采集系统——“海亮系统”，中石油ES109万道陆上地震仪系统等。
[0005]法国Sercel公司在陆上地震仪器研制方面积累了多年经验，其最新推出的428系列，在其408的基础上改进后功能更加强大，428XL采集单元之间采用了 RS485传输方案，传输速率从408UL的8Mbps提高到了 16Mbps，增加了带道能力。然而由于技术封锁，无法确知其具体的实现细节。中海油“海亮”系统中，采用了两级传输，主传输节点之间采用了高速LVDS传输方案，传输距离为100米，数据传输速率高达240 Mbps，要求的传输电缆品质高，电缆成本大。内部次传输节点之间采用了 RS485传输方法，最大传输距离为40米左右，传输速率为10 Mbps左右。基于传输芯片性能的限制，无法使用在更长距离的传输中。中石油ES109系统采集单元之间也是采用了 RS485传输方法，基于传输速率的限制，其采用了双通道并行方式进行传输，造成系统结构和协议复杂、功耗大，不能满足野外作业要求的低功耗和长时间持续工作的要求。
[0006]从以上目前常用系统传输方案分析中，可以看出，RS485作为工业界常用的长距离传输方案也被大量使用在地震勘探系统中，但传输速率通常较低，428XL系统支持最大传输速率为16 Mbps，采用屏蔽双绞线时，最大传输距离为90米。国内“海亮”系统传输速率则更低。解决长距离下的RS485高速数据传输问题对地震勘探系统的稳定性和数据完整性具有重要意义。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，采用FPGA直接驱动RS485芯片，结构简单，合理选取RS485芯片，在100米传输距离下，数据传输速率可达40Mbps，200米传输距离下，数据传输速率可达24Mbps，误码率在10_12以下，单道功耗约为200mW@24Mbps，为大型地震勘探数据传输系统设计实现提供一种有效途径。
[0008]本实用新型的技术方案为:
[0009]一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，包括设置在各个采集站内的下行输入RS485接口、下行输出RS485接口、上行输入RS485接口、上行输出RS485接口、FPGA和A/D变换芯片，所述下行输入RS485接口、下行输出RS485接口和FPGA构成下行命令传输通道，所述上行输入RS485接口、上行输出RS485接口和FPGA构成上行数据传输通道；
[0010]所述FPGA内设有下行输入RS驱动模块、下行输出RS驱动模块、上行输入RS驱动模块、上行输出RS驱动模块、下行多路开关、上行多路开关、下行转发缓存模块、上行转发缓存模块、8B/10B解码模块、8B/10B编码模块、本地命令缓存模块、命令解析模块、时钟模块、ADC输出驱动模块和本地数据缓存模块；
[0011]所述下行输入RS485接口的输出端通过下行输入RS驱动模块分别与下行转发缓存模块和8B/10B解码模块的输入端连接，所述下行转发缓存模块的输出端通过下行输出RS驱动模块与下行输出RS485接口的输入端连接，所述下行输出RS485接口的输出端与下级采集站连接，所述8B/10B解码模块的输出端通过本地命令缓存模块和命令解析模块与时钟模块的输入端连接，所述时钟模块的输出端通过下行多路开关分别与下行输入RS驱动模块和下行输出RS驱动模块的输入端连接，所述时钟模块的输出端通过上行多路开关分别与上行输入RS驱动模块和上行输出RS驱动模块的输入端连接；
[0012]所述上行输入RS485接口的输出端通过上行输入RS驱动模块与上行转发缓存模块的输入端连接，所述上行转发缓存模块的输出端通过上行输出RS驱动模块与上行输出RS485接口的输入端连接，所述A/D变换芯片的输出端通过ADC输出驱动模块与本地数据缓存模块的输入端连接，所述本地数据缓存模块的输出端通过8B/10B编码模块和上行输出RS驱动模块与上行输出RS485接口的输入端连接，所述上行输出RS485接口的输出端与上级采集站连接。
[0013]所述的用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，所述下行输入RS485接口、下行输出RS485接口、上行输入RS485接口和上行输出RS485接口均选用SN65HVD78 型芯片。
[0014]所述的用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，所述FPGA选用Altera公司的Cyclone系列。
[0015]由上述技术方案可知，基于地震勘探系统中稳定高效数据传输的要求，本实用新型合理选取芯片，设计实现了一种高效的RS485数据传输系统，在100米电缆(3.4欧姆直流阻抗、100欧姆特征阻抗)传输距离上，数据传输速率达到40MbpS，200米电缆(7欧姆直流阻抗、100欧姆特征阻抗)传输距离上，数据传输速率达到24Mbps，误码率10_12以下(连续测试12小时无误码)，单道功耗约为200mW@24Mbps，为地震勘探数据传输系统设计提供了一种有效途径；同时利用RS485传输速率的可控性，通过降低传输速率的方式可有效降低系统功耗，为地震勘探仪器系统提供了一种有效的低功耗模式，可大大增加勘探仪器的野外待机时间，对提高野外作业效率具有重要意义。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型的RS485帧协议示意图；
[0018]图3是本实用新型的RS485接收端时序演示图(16倍频接收时钟)。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。
[0020]如图1所示，一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，包括设置在各个采集站内的下行输入RS485接口 1、下行输出RS485接口 2、上行输入RS485接口 3、上行输出RS485接口 4、FPGA5和A/D变换芯片6，其中，下行输入RS485接口 1、下行输出RS485接口 2和FPGA5构成下行命令传输通道，上行输入RS485接口 3、上行输出RS485接口 4和FPGA5构成上行数据传输通道，下行输入RS485接口 1、下行输出RS485接口 2、上行输入RS485接口 3和上行输出RS485接口 4均选用SN65HVD78型芯片，FPGA5选用Altera公司的Cyclone系列。FPGA5内设有下行输入RS驱动模块7、下行输出RS驱动模块8、上行输入RS驱动模块9、上行输出RS驱动模块10、下行多路开关11、上行多路开关12、下行转发缓存模块13、上行转发缓存模块14、8B/10B解码模块15、8B/10B编码模块16、本地命令缓存模块17、命令解析模块18、时钟模块19、ADC输出驱动模块20和本地数据缓存模块
21ο
[0021]下行输入RS485接口 I的输出端通过下行输入RS驱动模块7分别与下行转发缓存模块13和8Β/10Β解码模