智能手機(jī)模擬測井深度信號的原理及實(shí)現(xiàn)

楊 陸，張光洲，高君恒，王春林，齊向陽，曹相濤，趙克壯

(大慶鉆探工程公司測井公司 大慶 黑龍江 163412)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·

智能手機(jī)模擬測井深度信號的原理及實(shí)現(xiàn)

楊 陸，張光洲，高君恒，王春林，齊向陽，曹相濤，趙克壯

(大慶鉆探工程公司測井公司 大慶 黑龍江 163412)

手機(jī)替代電腦的部分工作已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，在測井行業(yè)還未有先例。首先對安卓系統(tǒng)智能手機(jī)進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出操作程序及操作界面，再利用單片機(jī)芯片模擬出方波信號。單片機(jī)模擬產(chǎn)生的方波信號經(jīng)過周期相位的調(diào)整轉(zhuǎn)變成模擬的深度信號，這樣就完成了手機(jī)控制并由單片機(jī)芯片發(fā)射深度信號的過程。簡化了調(diào)試工作的步驟，減少了人員的浪費(fèi)。

智能手機(jī)；測井；深度模擬

0 引 言

在儀器研制過程中，經(jīng)常會遇到儀器調(diào)試。而調(diào)試過程中經(jīng)常需要對某些曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行深度模擬。在沒有模擬絞車的系統(tǒng)情況下，需要跟前線小隊(duì)進(jìn)行協(xié)調(diào)，調(diào)配前線測井絞車來配合研制開發(fā)人員檢測儀器性能。這樣既費(fèi)時又費(fèi)力，所以需要研發(fā)一種便攜、方便操作的深度模擬系統(tǒng)?，F(xiàn)代社會手機(jī)是人們最普遍的電子設(shè)備，而手機(jī)可以看成是小型電腦。它既便于攜帶，又具有各種電腦的功能[1-3]。我們生活和工作中很多地方都可以用手機(jī)代替電腦的一些工作[4]。例如，用手機(jī)進(jìn)行簡單的測繪，用手機(jī)傳資料，用手機(jī)處理郵件等等。如果能將手機(jī)作為地面電腦來做深度信號模擬，這樣就可以大大減少研制期間不必要的時間浪費(fèi)，同時也可以減少資源和人力的浪費(fèi)[5]。而最接近電腦的安卓系統(tǒng)的手機(jī)比較適合進(jìn)行操作界面模擬，同時安卓系統(tǒng)是開放式的，比較容易進(jìn)行程序編寫。這種手機(jī)與電腦交互型軟件將成為 Android 應(yīng)用的一個新的研究方向，應(yīng)用在測井儀器研發(fā)中會給我們帶來方便，也會提高工作效率。本設(shè)計(jì)就是手機(jī)進(jìn)入測井行業(yè)服務(wù)的一次探索。

1 工作原理及選擇理由

在測井儀器研制過程中，最簡單也最常用的就是深度系統(tǒng)。正常情況下儀器由電纜輸送，電纜帶動光碼盤，光碼盤會隨著提速發(fā)出不同頻率的信號，測量長度及深度會隨著信號累計(jì)個數(shù)增加而增加。說其簡單，是因?yàn)橹恍枰娔X下發(fā)控制命令到一些單片機(jī)芯片上，由芯片發(fā)出相應(yīng)的模擬信號，發(fā)射幾組一定頻率的方波信號，通過記錄發(fā)出深度頻率和個數(shù)就可以模擬計(jì)算出儀器上提和下放的速度及深度。由于手機(jī)芯片沒有專門的單片機(jī)芯片來模擬發(fā)射方波信號，所以只能靠外接單片機(jī)電路板來完成發(fā)射方波信號。我們通過手機(jī)代替電腦下發(fā)命令，利用單片機(jī)芯片和一些簡單的電路模擬和傳輸深度信號。同時要進(jìn)行軟件的編寫，在當(dāng)今主流的手機(jī)操作系統(tǒng)中，比較開放和普遍使用的就是安卓系統(tǒng)，不僅可以自行設(shè)計(jì)APP軟件而且編寫不需要其他申請和聲明。安卓系統(tǒng)對于手機(jī)要求比較低，這樣就方便推廣和使用。所以選擇編寫在安卓系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行的軟件是最合適的。在安卓系統(tǒng)智能手機(jī)上設(shè)計(jì)一個控制單片機(jī)的APP應(yīng)用程序。通過這個應(yīng)用程序?qū)νㄓ嵖ㄏ掳l(fā)命令，通訊卡將手機(jī)命令轉(zhuǎn)化為單片機(jī)能接收的命令，使單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)條件的深度信號。

作為深度信號的模擬系統(tǒng)具有以下幾個部分：智能手機(jī)用于發(fā)出命令信號和接收返回值；電路板用于接收手機(jī)的命令信號、發(fā)射深度模擬信號、連接電源和連接儀器。設(shè)備連接如圖1所示。

圖1 設(shè)備連接圖

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 手機(jī)軟件設(shè)計(jì)

軟件程序應(yīng)用JAVA語言編寫，主要功能是在手機(jī)上建立一個平臺，可以完成手機(jī)控制單片機(jī)的過程。

首先要進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，將所需要的功能及功能代表的按鍵設(shè)計(jì)出來?？梢詤⒖冀g車上地面平臺中關(guān)于深度系統(tǒng)的各種參數(shù)設(shè)定及工作原理來設(shè)計(jì)參數(shù)和數(shù)據(jù)的位置及其代表的功能?；緟?shù)有比特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、速度等。由于手機(jī)屏幕面積有限，不可能將所有輸入?yún)^(qū)域及控制鍵擺放到同一界面下，所以需要對軟件界面先后順序進(jìn)行設(shè)計(jì)安排。我們將需要改動較少的比特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、flow這些參數(shù)安排在主界面，如圖2所示；將需要改動較多的速度、提/放等參數(shù)放到引申界面中。主界面的數(shù)據(jù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“設(shè)置”即可完成主界面參數(shù)的設(shè)置。主界面與第二界面之間轉(zhuǎn)換通過主界面上的“配置”按鈕來完成。同時在第二界面中增加預(yù)留功能鍵，如圖3中的“111”、“222”等和“參數(shù)2”、“參數(shù)3”等，這樣可以讓后續(xù)開發(fā)更為順利。

在手機(jī)控制界面中設(shè)置所需深度信號參數(shù)。當(dāng)設(shè)置完參數(shù)后就可以開始讓手機(jī)發(fā)出命令，來控制單片機(jī)芯片使其發(fā)出周期性的高低電平形成方波，利用這種不同相位的方波信號來模擬深度信號。通過控制方波周期的長短來表示提速的大小。深度信號分為上提信號和下放信號。當(dāng)命令下發(fā)后，如果命令發(fā)射成功，單片機(jī)芯片會發(fā)射返回值，在手機(jī)接收區(qū)域的顯示區(qū)顯示。

2.2 電路部分

首先對電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，將其功能進(jìn)行分區(qū)，分為主控板、通訊板、電源卡和連接卡四個部分。其中主控板功能是接收通訊板發(fā)下來的命令并模擬發(fā)射出相應(yīng)的方波深度信號；通訊板功能是接收手機(jī)下發(fā)的命令，將這個命令轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可識別的信號傳送給主控板，在方波深度信號發(fā)射后傳送一個返回值給手機(jī)；電源卡功能是將電路板連接電源并進(jìn)行變壓，為各個電子器件供電，其中包括+5V、+3.3V、±12V；連接卡功能是將前面幾種電路板連接組合在一起，分別對電路板輸送不同電壓和傳送數(shù)據(jù)。各電路板功能如圖4所示。

利用單片機(jī)作為主控板進(jìn)行模擬方波信號的信號源。在其中找到4個I/O引腳作為信號源的輸出部分，通過4個引腳發(fā)出低電平模擬方波信號，如圖5、圖6所示。通過控制單片機(jī)發(fā)射方波信號的相位、周期和頻次，模擬不同的速度和深度的信號。信號是通過主控板、低壓差正電壓穩(wěn)壓器等電子器件來輔助完成方波信號、供電及傳輸?shù)裙δ?。其根?jù)仿照DLS-I型編碼器的方波脈沖信號給單片機(jī)下裝方波信號程序，每個信號周期表示1 mm深度。所以每秒完成方波周期就表示其上提或下放的速度，方波累計(jì)個數(shù)就是上提或下放的深度。

圖5 上提方波

圖6 下放方波

2.3 應(yīng)用效果

通常儀器調(diào)試過程需要2～3人，現(xiàn)在1人即可完成任務(wù)，而且大大縮短了調(diào)試時間，操作也簡單方便，同時也減少了材料的消耗，達(dá)到了減人增效目的。

3 結(jié)束語

此方法可以繼續(xù)擴(kuò)展到曲線的信號模擬，這樣在儀器調(diào)試過程中將不再需要沉重的地面機(jī)箱和電腦。只需通過手機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，小型電路板及芯片進(jìn)行信號模擬發(fā)射，完全可以將整個調(diào)試任務(wù)由一人完成。在石油行業(yè)迅速發(fā)展的時代，所有工作都在講“效率”，如果將我們隨身攜帶的智能手機(jī)也變成我們工作的工具，那我們就可以隨時隨地進(jìn)行工作，那將會極大地提高工作效率。就像機(jī)械代替人拉肩扛工作一樣。我們更應(yīng)該發(fā)揮手機(jī)的優(yōu)勢，放下沉重的儀器調(diào)試設(shè)備，運(yùn)用新科技代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工作方法。這樣不僅能高速完成工作，還能減少人工的消耗。測井行業(yè)本身就是高科技集中的行業(yè)，要利用一切科技技術(shù)為測井服務(wù)。智能機(jī)代替一些傳統(tǒng)工具工作將是必然，也將引領(lǐng)各個行業(yè)進(jìn)入工具“隨身”時代。

[1] 王家旭.基于Android智能手機(jī)應(yīng)用開發(fā)的研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014，16(22)：92-93.

[2] 姚慧卿.可以自動檢測心律失常的AliveCor心臟監(jiān)視器手機(jī)應(yīng)用[J].中國心血管雜志,2015,20(1)：22-24.

[3] 艾 倫,興 喬.身邊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備——智能手機(jī)[J].中國教育技術(shù)裝備. 2014,28(12)：36-37.

[4] 劉進(jìn)磊,袁清珂,李燁,呂雪.基于Android智能手機(jī)內(nèi)置傳感器的人體運(yùn)動識別[J].集成技術(shù).2014,3(3)：44-46.

[5] 孫曉曄.智能手機(jī)在博物館導(dǎo)覽工作中的應(yīng)用與展望——以中國國家博物館為例[D].吉林大學(xué)，2013.

Principle and Implementation of Simulating the Well Logging Depth Signal by Using Smartphone

YANG Lu， ZHANG Guangzhou， GAO Junheng， WANG Chunlin， QI Xiangyang， CAO Xiangtao， ZHAO Kezhuang

(WirelineLoggingCompany,DaqingDrilling&ExplorationCorporation,CNPC,Daqing，Heilongjiang163412,China)

In many fields, the smartphone has been used to substitute for computers to finish some tasks. But there is still no precedent in well logging field. First, the running program and operation interface are programmed and designed on the smartphone with android system, then the square signal is simulated by single chip microcomputer (SCM). Finally, the square signal from SCM is changed into simulative depth signal with the modulation of period phase. Thus, the process of controlling the SCM by the smartphone, and then emitting the depth signal by the SCM is achieved. This technology simplifies the steps of debugging and reduces the waste of personnel.

martphone; logging; simulation of depth

楊 陸，男，1985年生，工程師。2012年碩士畢業(yè)于東北石油大學(xué)固體地球物理專業(yè)，現(xiàn)主要從事測井儀器研發(fā)和制造工作。E-mail: 724786222@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0031-03

2016-07-12 編輯：姜 婷)