LABVIEW上位机双串口同步方法与数据采集

1、引言1. 各测井数据的测量原理测量深度系统是由电缆拖动光电编码器转动，并输出双路脉冲信号来计数。对温度、电阻率和自然伽马的测量均是通过探头采集电压信号，以picf87x系列单片机为主控单元对套管外的介质特性进行探测。发射线圈输出二次场信号并在接收线圈接收微弱的差分双极性脉冲序列，信号经过滤波、可变增益放大后进入a/d芯片，对信号模数转化，转化结果送入单片机进行编码，再通过单芯电缆上传至地面系统。地面系统将接收到的信号，进行解码判别通过两个通用异步串行接口rs-232同步与计算机进行通信，然后由上位机采集软件实现数据的接收校验、采集监控、合并存储等工作，实现对井下深度、温度、电阻率、自然伽马数据

2、的采集。1.1 深度的测量原理测深是测井的一个重要测量参数，对同步于深度的温度、伽马、电阻率的测量有重要影响。基于光电编码器的测深系统，因为不受复杂地质影响和电磁场的干扰，在探测效率和精度上很占优势。光电编码器是一种旋转式位移传感器，广泛应用于角位移或角速率的测量。该系统采用增量式光电编码器，光码器的内部光码盘的固有分辨率很高，输出脉冲信号，抗电干扰能力强，与计算机接口电路兼容。1.2 温度的测量原理井下温度，是评价地层信息的重要参考依据。测井每下井深度增加100m,温度升高3C,所以要选择高灵敏度且测量准确的耐高温测温材料。这里井下系统选用ptlOO铂热电阻，该铂电阻的热响应时间较小，测温范

3、围一般为-70c+600c,因此它很适合于测量井下的表面温度和监测动态温度变化。根据井下条件，在0630c范围内，铂电阻的电阻值与温度间的关系可以精确地表示为：（1）其中，为温度为tC时铂电阻的电阻值，表示温度为0C时铂电阻的电阻值（3），a、b、c分别为常数。对于pt100，=1003，a=3.90802C,b=-5.802C,c=0。由公式（1）可以得出在100C时，电阻值的变化量是38.53，而由bt2带来的变化量为0.583，在系统中影响为1.5%。因此可将pt100近似作为线性器件来使用。1.3 电阻率的测量原理测量电阻率的仪器过套管本身是一个巨大的金属良导体，其电阻率要比井眼流体的

4、电阻率低很多，在向地层发射低频电信号后，一般频率选择在用0.0110.0hz之间频率，大部分电流在金属套管中流动，但是仍然有小部分的电流通过金属套管进入地层。如果可以检测到仪器测量电极与地面回路电极之间的电位差，并且可以检测流入地层的电流，就能够得到地层电阻率信息。供电电极向套管通以极低频率的注入总电流i,一部分泄漏到地层中，称之为泄露电流，进入地层的电流大小由地层电阻率决定。仪器测量电极测出从套管泄露流入地层的电流产生的电位差，它与地层的电阻率成正比。利用欧姆定律计算：（2）（3）式中，k为测井仪器常数，根据井眼的实际情况确定;为测量段套管的电阻。1.4 自然伽马的测量原理传统的自然伽马测井

5、，主要是利用伽马探测器测量地层中的u、th、k等元素的含量，即利用探测器测量地层中总的自然伽马射线强度，以此为依据来研究地层性质，划分地层岩性，求出地层的泥质含量。自然伽马测量电路还有一个重要作用，那就是辅助校深。由于单位时间内的脉冲数和伽马射线的强度成正比关系，根据单位时间内的脉冲数就可以确定套管接箍的位置，井下套管是由很多段的标准套管连接起来的，且标准套管的长度是一定的，因此通过接箍的位置就可以为整个系统的深度测量提供校正，即辅助校深。2. 数据采集系统的软件设计2.1 数据处理设计思路根据井下系统上传的数据，深度数据格式是十六进制四字节，温度、电阻率、自然伽马的数据格式是十六进制表示的4

6、8个字节，第0字节是首判断位0xaa，第2字节还是个判断位（Oxal或0xa2）,尾判断位是0xbb，除了判断位，剩下的字节就表示所需采集的22个数据，包括温度、电阻率、自然伽马的数据。因为井下电路系统电阻、电容不匹配或干扰信号的影响，难免会出现采集上来的数据与单片机原设定好的的数据格式不匹配。为了防止这样，我们必须采用合理的方法，确保数据的完整性与准确性。设计思路是：两路rs-232与计算机进行串口通信后，数据暂存在缓冲区，运行程序后，当帧头是aa时开始提取数据，否则放弃保留数据。然后如果再提取47个字节之后是帧尾bb的话，则保留数据，否则放弃保留。再次如果第2字节是Oxal，数据保留为一组

7、，如果第2字节是0xa2,数据保留为另一组。然后把以上数据和深度数据按时间合并匹配，然后顺序依次写入文档。如图1所示是数据处理设计思路。2.2程序面板总体框架图1数据处理设计思路图2软件操作流程图2.3 前面板设计（2）波形显示控件。当程序运行过程中，显示visa读取到深度、温度、电阻率、伽马值的大小和描绘出的连续变化曲线。（3）开始采集、清除波形、退出控件。开始采集控件实现开始采集各个数据，清除控件是把存在在波形图表控件中的数据曲线清零，即赋零值，退出控件指退出数据采集系统。（4）历史数据查询和数据存储路径控件。通过对路径的选择，实现对以往数据的回放和对数据的存储。（5）选择性选择显示数据。

8、通过选择控件，实现对某些数据曲线的显示和隐藏。软件操作过程流程图如图2所示。2.4 程序面板的设计2.4.1 串口通信系统的实现2.4.2 数据采集模块首先是初始化，此处的最重点是visa的串口配置，调用“visa串口配置”函数中的资源名称连接口是指定的串口按特定设置初始化，通过将数据连线至visa资源名称输入端，可确定要使用的波特率，数据比特，停止位的选择等。再次是通过调用“visa读取”函数，将从visa资源名称指定的设备或接口读取指定数量的字节，并将数据返回至读取缓冲区。“visa资源名称”的属性节点，选择instri类的属性中的serialsetting：numberofbytesat

9、serialport读取缓冲区的字节数，并再次返回缓冲区。最后是将两组缓冲区读取的字符串变成所需要的不带符号的字节数组，然后通过“插入数组”控件将两组数据连接起来，最后通过波形图表显示控件实现数据的实时显示。图3所示是串口数据的读取和连接。图3串口数据读取和连接2.4.3 数据分析处理模块（1）数据写入二进制文件：把采集到的数据存放一个数组里，再连接“数组至电子表格字符串转换”函数，使数组转化为十六进制的字符串形式表格，然后再把数据写入二进制文件。为了以后方便对数据的查询，可以连接“获取时间/日期字符串”函数，把实时采集数据的时间记录下来，写入二进制文件。（2）数据保存：使用“打开-创建-替换文件”函数，可以将数据存储到一个指定的txt文档中。（3）数据清除：有必要把正在采集的数据清除掉，以便对下次重新采集数据带来方便，数据的清除也即把采集的数据变为零，所以可以把采集到的数据保存到一个簇，利用波形图表的属性节点给簇赋予零值，这样就实现了数据的清除。（4）退出程序：利用“关闭文件”函数可以关闭指定的打开文件，并且返回引用原来文件的位置。2.4.4 采集系统测试结果3. 结