基于XC2C64A芯片的無線錄井絞車信號(hào)檢測電路設(shè)計(jì)

　　引言

　　在錄井儀器中,深度系統(tǒng)是最重要的部分,離開了深度系統(tǒng)中的井深,儀器中大部分參數(shù)都將失去意義[1]。而在深度系統(tǒng)中,大鉤高度的測量是最為關(guān)鍵的。通過絞車信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測，可得到與大鉤高度相關(guān)的絞車脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)值,將該值傳入上位機(jī)，通過相應(yīng)的計(jì)算可以得到實(shí)時(shí)的井深。

　　同時(shí)，基于太陽能和蓄電池供電的無線錄井?dāng)?shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)要求現(xiàn)場絞車信號(hào)檢測電路必須具有低功耗、小尺寸和抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，采用分離元器件所設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)的絞車信號(hào)測量電路就不能滿足無線錄井系統(tǒng)的這些特殊要求。

　　美國Xilinx公司的CoolRunner II系列CPLD芯片XC2C64A結(jié)合XC9500系列的高速度、方便易用和XPLA3系列的超低功耗等優(yōu)點(diǎn)，具有低功耗、高密度、在系統(tǒng)可編程和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]，在一顆芯片上就可以代替多顆傳統(tǒng)邏輯芯片來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的組合與時(shí)序邏輯控制，能夠達(dá)到低功耗、小尺寸和抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)良性能[3]。

　　無線錄井絞車信號(hào)檢測電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　絞車順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí), 傳感器輸出A相波形超前B相波形90°;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出A相波形滯后B相波形90°。其后的鑒相(方向鑒別)、倍頻和計(jì)數(shù)就是基于如上輸出的兩相脈沖信號(hào)。

　　絞車信號(hào)檢測電路的整體結(jié)構(gòu)(圖1)，包括絞車信號(hào)的整形、隔離、鑒相、倍頻、計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)讀取接口等部分。

　　信號(hào)A和信號(hào)B是來自絞車傳感器的相位差90?的兩路脈沖信號(hào)，先經(jīng)過第一次施密特整形，抑制現(xiàn)場干擾和線路衰減引起的脈沖波形畸變，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào);然后經(jīng)數(shù)字隔離器進(jìn)行電氣隔離，隔離電路一方面對(duì)后面的電路起保護(hù)作用，另一方面起電壓變換的作用，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為3.3V標(biāo)準(zhǔn)電壓的脈沖信號(hào);再經(jīng)過第二次施密特整形電路進(jìn)行整形，此次整形的主要目的是將兩路脈沖信號(hào)的波形進(jìn)行變換，產(chǎn)生A、B、AA(A的反相)和BB(B的反相)四路信號(hào)。

　　圖1 絞車信號(hào)檢測電路結(jié)構(gòu)框圖

　　經(jīng)第二次整形后，A、B兩路信號(hào)經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在其上升沿和下降沿處分別進(jìn)行觸發(fā)，得到四個(gè)窄脈沖信號(hào)AU、AD，BU、BD。

　　得到的A、B、AA、BB、AU、AD、BU、BD共8路信號(hào)輸入到CPLD XC2C64A，進(jìn)行倍頻、鑒相和計(jì)數(shù)等處理，并在單片機(jī)的控制下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出或清零。