智能手機模擬測井深度信號的原理及實現

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)

·開發設計·

智能手機模擬測井深度信號的原理及實現

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)

手機替代電腦的部分工作已經在很多領域得到應用，在測井行業還未有先例。首先對安卓系統智能手機進行編程，設計出操作程序及操作界面，再利用單片機芯片模擬出方波信號。單片機模擬產生的方波信號經過周期相位的調整轉變成模擬的深度信號，這樣就完成了手機控制并由單片機芯片發射深度信號的過程。簡化了調試工作的步驟，減少了人員的浪費。

智能手機；測井；深度模擬

0 引 言

在儀器研制過程中，經常會遇到儀器調試。而調試過程中經常需要對某些曲線數據進行深度模擬。在沒有模擬絞車的系統情況下，需要跟前線小隊進行協調，調配前線測井絞車來配合研制開發人員檢測儀器性能。這樣既費時又費力，所以需要研發一種便攜、方便操作的深度模擬系統。現代社會手機是人們最普遍的電子設備，而手機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代替電腦的一些工作[4]。例如，用手機進行簡單的測繪，用手機傳資料，用手機處理郵件等等。如果能將手機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，同時也可以減少資源和人力的浪費[5]。而最接近電腦的安卓系統的手機比較適合進行操作界面模擬，同時安卓系統是開放式的，比較容易進行程序編寫。這種手機與電腦交互型軟件將成為 Android 應用的一個新的研究方向，應用在測井儀器研發中會給我們帶來方便，也會提高工作效率。本設計就是手機進入測井行業服務的一次探索。

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。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出不同頻率的信號，測量長度及深度會隨著信號累計個數增加而增加。說其簡單，是因為只需要電腦下發控制命令到一些單片機芯片上，由芯片發出相應的模擬信號，發射幾組一定頻率的方波信號，通過記錄發出深度頻率和個數就可以模擬計算出儀器上提和下放的速度及深度。由于手機芯片沒有專門的單片機芯片來模擬發射方波信號，所以只能靠外接單片機電路板來完成發射方波信號。我們通過手機代替電腦下發命令，利用單片機芯片和一些簡單的電路模擬和傳輸深度信號。同時要進行軟件的編寫，在當今主流的手機操作系統中，比較開放和普遍使用的就是安卓系統，不僅可以自行設計APP軟件而且編寫不需要其他申請和聲明。安卓系統對于手機要求比較低，這樣就方便推廣和使用。所以選擇編寫在安卓系統環境下運行的軟件是最合適的。在安卓系統智能手機上設計一個控制單片機的APP應用程序。通過這個應用程序對通訊卡下發命令，通訊卡將手機命令轉化為單片機能接收的命令，使單片機發出相應條件的深度信號。

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

圖1 設備連接圖

2 設計方案

2.1 手機軟件設計

軟件程序應用JAVA語言編寫，主要功能是在手機上建立一個平臺，可以完成手機控制單片機的過程。

首先要進行界面設計，將所需要的功能及功能代表的按鍵設計出來。可以參考絞車上地面平臺中關于深度系統的各種參數設定及工作原理來設計參數和數據的位置及其代表的功能?；緟涤斜忍芈省⑼Ｖ刮?、數據位、校驗位、速度等。由于手機屏幕面積有限，不可能將所有輸入區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行設計安排。我們將需要改動較少的比特率、停止位、數據位、校驗位、flow這些參數安排在主界面，如圖2所示；將需要改動較多的速度、提/放等參數放到引申界面中。主界面的數據設置完成后，點擊“設置”即可完成主界面參數的設置。主界面與第二界面之間轉換通過主界面上的“配置”按鈕來完成。同時在第二界面中增加預留功能鍵，如圖3中的“111”、“222”等和“參數2”、“參數3”等，這樣可以讓后續開發更為順利。

在手機控制界面中設置所需深度信號參數。當設置完參數后就可以開始讓手機發出命令，來控制單片機芯片使其發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。當命令下發后，如果命令發射成功，單片機芯片會發射返回值，在手機接收區域的顯示區顯示。

2.2 電路部分

首先對電路板進行設計，將其功能進行分區，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下來的命令并模擬發射出相應的方波深度信號；通訊板功能是接收手機下發的命令，將這個命令轉化成單片機可識別的信號傳送給主控板，在方波深度信號發射后傳送一個返回值給手機；電源卡功能是將電路板連接電源并進行變壓，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據。各電路板功能如圖4所示。

利用單片機作為主控板進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個引腳發出低電平模擬方波信號，如圖5、圖6所示。通過控制單片機發射方波信號的相位、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、低壓差正電壓穩壓器等電子器件來輔助完成方波信號、供電及傳輸等功能。其根據仿照DLS-I型編碼器的方波脈沖信號給單片機下裝方波信號程序，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，方波累計個數就是上提或下放的深度。

圖5 上提方波

圖6 下放方波

2.3 應用效果

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

3 結束語

此方法可以繼續擴展到曲線的信號模擬，這樣在儀器調試過程中將不再需要沉重的地面機箱和電腦。只需通過手機進行參數設定，小型電路板及芯片進行信號模擬發射，完全可以將整個調試任務由一人完成。在石油行業迅速發展的時代，所有工作都在講“效率”，如果將我們隨身攜帶的智能手機也變成我們工作的工具，那我們就可以隨時隨地進行工作，那將會極大地提高工作效率。就像機械代替人拉肩扛工作一樣。我們更應該發揮手機的優勢，放下沉重的儀器調試設備，運用新科技代替傳統的工作方法。這樣不僅能高速完成工作，還能減少人工的消耗。測井行業本身就是高科技集中的行業，要利用一切科技技術為測井服務。智能機代替一些傳統工具工作將是必然，也將引領各個行業進入工具“隨身”時代。

[1] 王家旭.基于Android智能手機應用開發的研究[J].計算機光盤軟件與應用，2014，16(22)：92-93.

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

[3] 艾 倫,興 喬.身邊的實驗教學裝備——智能手機[J].中國教育技術裝備. 2014,28(12)：36-37.

[4] 劉進磊,袁清珂,李燁,呂雪.基于Android智能手機內置傳感器的人體運動識別[J].集成技術.2014,3(3)：44-46.

[5] 孫曉曄.智能手機在博物館導覽工作中的應用與展望——以中國國家博物館為例[D].吉林大學，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年碩士畢業于東北石油大學固體地球物理專業，現主要從事測井儀器研發和制造工作。E-mail: 724786222@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0031-03

2016-07-12 編輯：姜 婷)