提高SHOTPROII编码器遥控能力的探索.doc

提高SHOT PRO II编码器遥控能力的探索Exploration of SHOT PRO II encoder remote control ability improvement王海宾 王金涛 张浩（东方地球物理公司国际部巴基斯坦经理部）作者简介：王海宾 工程师 1972年生，1996年毕业于西安石油学院电子技术与测量专业，长期从事地震勘探仪器操作和维修工作。邮箱： 电要 文章通过对SHOT PRO II 遥爆系统工作原理和GM338电台与其接口电路的分析，探讨影响遥爆系统数据传输能力的几个因素。并在实际中加以应用，改进后遥爆系统的遥控能力显著提高。主题词 遥爆系统 编码器 译码器 无线通讯 接口Abstract With analysis and discussion to principle of remote fire system and the interface with communication system, the article finds out several factors which affect the ability of data transmission. And apply them to reality, the remote control ability of the improved systems was enhanced obviously.Key word remote fire system, encoder decoder, radio communication, interface引言美国PELTON公司生产的SHOT PRO I 遥爆系统因其功能强大，精度高，而且性能可靠，传输能力强而深受好评。但是SHOT PRO II作为升级产品在实际使用中，却出现一些问题，突出的是通话范围内远距离译码器不能正常启爆或者不能正常回传PFS数据等问题，在实际生产中制造许多麻烦。本文通过对GM338电台通讯系统和SHOT PRO II 编译码器与其接口电路进行分析来解决使用中出现的问题，提高系统遥爆能力。1 SHOT PRO II工作原理1） SHOT PROII的工作时序如图1所示图1当译码器充电完毕，译码器自动向编码器发出起爆请求信息，当编码器接收到仪器发出的起爆指令（FO）后，编码器首先编制和发送一组长达221MS的副载波同步码，然后发送含有扫描代码和身份代码（启动码、BOX ID#、CREW ID#）在内的同步码，之后进入放炮延迟阶段，当达到预定值时，编码器向中央控制单元发送钟TB，启动中央控制系统开始采集。而译码器，接收副载波同步码、扫描代码、身份代码，对其进行解码并与自身的代码进行比对，如果一致，进入放炮延迟阶段，当计时值到达与编码器设置值相同时，发出点火指令，起动点火序列，从而达到了中央控制系统的启动和炮点起爆同步的目的。而译码器在点火序列完成之后，需要回传PFS数据，其内容包括验证TB,井口时间，炮点桩号等重要信息。2） SHOT PROII编码解码原理由于SHOT PRO系统采用特殊的编解码技术，原理类似于或采用曼彻斯特编码，因为曼码具有丰富的位时钟信息，从而保证接收方可以恢复同步时钟，进而解调出数据。因为曼码的码型特点决定其没有直流分量，另外由于电台带宽窄，不适合对脉冲信号形式的曼码进行直接调制，所以需要将曼码调制为正弦波后再送至电台进行二次调制，然后发送出去。如图2所示图2发送数据时，由编码模块将二进制数字转换成曼彻斯特编码，再通过数模转换电路调制为低频1.5-3KHZ正弦波信号，经过平滑滤波调整，功率驱动及音频变压器隔离后，送到电台发射。接收过程恰好相反，是译码器收到电台传来的解调信号后，首先将信号经过音频变压器隔离，再通过带通滤波，放大整形为矩形信号，然后送入解码模块进行解码处理。具体请参考高精度无线同步技术及其在石油勘探中的应用。3） SHOT PROII 同步码验证要求SHOTPRO编译码器之间的同步码的验证最低要达到75%，如果丢码多于25%，就无法识别同步码。那就意味着无法启动译码器的点火序列。4） SHOT PROII电台接口要求如果电台输入要求小于2 volts p-p，一个衰减电路必须串联在发射机的输入端，即电台的辅助接口的2脚（见表1）。2 MOTOROLA GM338电台MOTOROLA GM338作为新一代的专业车载电台，摩托罗拉GM338先进的语音压扩技术保证清脆响亮的话音质量，信号清晰；外观设计变得简约，美观，液晶显示屏一行可显示14个字符，同时信号强度也可以通过符号显示，各种工作图标一应俱全，控制按钮从过去机型上最多4个扩展为9个，其工作频率范围为136-174MHz， 标准的工作功率为25W。其功能辅助控制接口定义如表1所示，其中2脚为发射机输入端，输入为80毫伏，60%的偏差。 引脚号英文中文1External Speaker-2EXT_Microphone Audio 80mV RMS 60% Deviation外部话筒音频输入80mv 60%调制度3Programmable Input可编程的功能输入口4Programmable Output可编程的功能输出口5Flat Transmit Audio 150mV RMS 60% Deviation末级发射音频输入150mv6Programmable Output/Input可编程的功能输入口和输出口7Ground接地8Programmable Output/Input可编程的功能输入口和输出口9Programmable Input可编程的功能输入口10Ignition Control Input点火控制输入11FLT_RX_Audio Output 600mV RMS 60% Deviation检频输出600mv（软件编程选择）12Programmable Output/Input可编程的功能输入口和输出口13Switch A+ Sense 0.3Amps Max经过开关控制的电源输出（最大0.3A）14Programmable Output/Input可编程的功能输入口和输出口15RSSI接收信号强度指示16External Speaker+17BUS+写频口18BOOT_CNTRL19NC空脚20NC空脚 表13 接口电路分析SHOT PROII爆炸机与GM338电台接口电路如图3所示： 图3其中PF端为SHOT PRO II编译码器的数据接口端；电台辅助接口端9、11为电台接收时的输出信号，2、7为发射时的输入信号，3脚为电台收发控制信号。通过上述5脚，SHOT PRO II就具备了发射接收数据的功能。因为在A和2之间的衰减电阻是防止模拟正弦波信号被削波所设计的。在实际使用中，发现爆炸机总是不如SHOT PRO I性能好，遥爆距离远。实测接口电路后，没有发现5.07K的衰减电阻。分析认为：不良的接口电路已经使一次载波模拟信号失真，再加上经编码器电台调制发射、空间电磁波传输，译码器电台的解调接收等过程中存在的电磁干扰而引起信号畸变，同步码丢失，导致不能启动爆炸机。为了防止削波，减少解码的误码率，编译码器各串接一4.7K欧姆电阻后做对比实验发现，通话范围内远距离译码器启爆效果显著提高，PFS数据返回良好。而且近距离测试时效果也非常好，没有出现原先由于编译码器距离过近而导致的数据传输问题；同理，因为SHOT PRO II内部发射电路有一可调电阻R24，如图3所示，能够调节发射信号幅度，可用示波器测量，调低输出使之与电台输入匹配。 图3 4 关于电台和天线系统使用1）高低功率转换：GM338电台每个频道都可以设置高低功率，因为低功率为5W，高功率为25W。识别高低功率可通过观察电台显示屏左上部小字母，其中字母L/H为低/高功率。具体设置方法见GM338用户手册。因为确定使用高功率，是确保遥爆系统远距离遥爆能力的前提。2）高增益天线与频道关系（CUTTING CHART）：关于高增益天线的使用，天线杆的长度与使用频率匹配才能达到最好效果，所以必须了解所用电台各个频道所对应的具体频率，而且各类天线都有自己的CUTTING CHART（显示使用的天线长度与对应频率关系），在需要时可以自己进行调整天线长度。而对于窄带宽，单一中心频率的高增益天线使用时尤其要注意频道选择。 3）由于GM338电台在VHF频段工作特征是视距通讯波，所以天线高是非常重要的一点，理论上天线架的越高通讯距离越远。所以仪器车停靠高而开阔的地形是提高遥爆系统数据传输能力的简单而有效的方法。结论 理论分析和实际应用证明：对于SHOT PRO遥爆系统，