基于DSP便攜式數控測井系統的設計

3．5 數字信號預處理電路
數控測井系統待處理的數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，窄脈沖寬度l～250μs。圖6為脈沖信號預處理電路，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字信號，其預處理電路類似。數字信號經過電平轉換器74HCT244后，送至DSP的EV單元進行相關處理。

4 系統軟件設計
系統軟件開發平臺采用TI公司的CCS3.3(Code Composer Studio)，利用CCS自帶的DSP／BIOS實時操作系統進行設計。通過使用DSP／BIOS提供的標準API接口，用戶可快速開發滿足實時性要求的多任務應用程序。由于引入實時操作系統，所以在軟件設計時采用層次化的設計思想，系統軟件包括：硬件驅動層、操作系統層及應用程序層。其中，硬件驅動層負責與硬件有關的各個模塊及外圍相關硬件電路的驅動程序設計；操作系統層利用DSP／BIOS完成進程調度、內存管理、資源分配等操作；應用程序層則是利用操作系統層提供的API接口函數，完成系統應用軟件程序的編寫工作，實現硬件無關性。
系統軟件設計采用C語言編寫，其流程如圖7所示。系統上電后，程序首先執行DSP的初始化和DSP／BIOS的初始化操作，然后啟動實時操作系統，之后便由該操作系統完成進程的調度操作，實現不同任務之問的切換。由于采用實時操作系統，所以系統運行時的穩定性和可靠性得到明顯提高，便于軟件代碼的復用及移植操作，易于系統軟件的維護與升級。

5 實驗結果
數控系統與井下設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，利用一個阻容網絡構成電纜模擬器，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控系統時，該信號已產生一定程度失真，此時系統會對已失真的信號進行相應的處理，提取編碼信號的特征信息，以窄脈沖的形式送給DSP進行相關處理，如圖9所示。試驗結果表明，數控系統可準確再現數字信號的特征信息，利用系統軟件正確識別數據。

6 結論
針對大型數控測井系統體積龐大、價格昂貴這一現狀，提出便攜式數控測井地面系統的總體設計方案，并著重論述了地面系統中數據處理部分硬件電路設計。由于系統軟件是基于DSP／BIOS架構，從而明顯提高了系統的集成度，降低了整機的功耗。該系統已研制出原理樣機，通過實驗測試。達到了預期的效果，為批量生產打下基礎。