智能手机模拟测井深度信号的原理及实现

杨 陆，张光洲，高君恒，王春林，齐向阳，曹相涛，赵克壮

(大庆钻探工程公司测井公司 大庆 黑龙江 163412)

·开发设计·

智能手机模拟测井深度信号的原理及实现

杨 陆，张光洲，高君恒，王春林，齐向阳，曹相涛，赵克壮

(大庆钻探工程公司测井公司 大庆 黑龙江 163412)

手机替代电脑的部分工作已经在很多领域得到应用，在测井行业还未有先例。首先对安卓系统智能手机进行编程，设计出操作程序及操作界面，再利用单片机芯片模拟出方波信号。单片机模拟产生的方波信号经过周期相位的调整转变成模拟的深度信号，这样就完成了手机控制并由单片机芯片发射深度信号的过程。简化了调试工作的步骤，减少了人员的浪费。

智能手机；测井；深度模拟

0 引 言

在仪器研制过程中，经常会遇到仪器调试。而调试过程中经常需要对某些曲线数据进行深度模拟。在没有模拟绞车的系统情况下，需要跟前线小队进行协调，调配前线测井绞车来配合研制开发人员检测仪器性能。这样既费时又费力，所以需要研发一种便携、方便操作的深度模拟系统。现代社会手机是人们最普遍的电子设备，而手机可以看成是小型电脑。它既便于携带，又具有各种电脑的功能[1-3]。我们生活和工作中很多地方都可以用手机代替电脑的一些工作[4]。例如，用手机进行简单的测绘，用手机传资料，用手机处理邮件等等。如果能将手机作为地面电脑来做深度信号模拟，这样就可以大大减少研制期间不必要的时间浪费，同时也可以减少资源和人力的浪费[5]。而最接近电脑的安卓系统的手机比较适合进行操作界面模拟，同时安卓系统是开放式的，比较容易进行程序编写。这种手机与电脑交互型软件将成为 Android 应用的一个新的研究方向，应用在测井仪器研发中会给我们带来方便，也会提高工作效率。本设计就是手机进入测井行业服务的一次探索。

1 工作原理及选择理由

在测井仪器研制过程中，最简单也最常用的就是深度系统。正常情况下仪器由电缆输送，电缆带动光码盘，光码盘会随着提速发出不同频率的信号，测量长度及深度会随着信号累计个数增加而增加。说其简单，是因为只需要电脑下发控制命令到一些单片机芯片上，由芯片发出相应的模拟信号，发射几组一定频率的方波信号，通过记录发出深度频率和个数就可以模拟计算出仪器上提和下放的速度及深度。由于手机芯片没有专门的单片机芯片来模拟发射方波信号，所以只能靠外接单片机电路板来完成发射方波信号。我们通过手机代替电脑下发命令，利用单片机芯片和一些简单的电路模拟和传输深度信号。同时要进行软件的编写，在当今主流的手机操作系统中，比较开放和普遍使用的就是安卓系统，不仅可以自行设计APP软件而且编写不需要其他申请和声明。安卓系统对于手机要求比较低，这样就方便推广和使用。所以选择编写在安卓系统环境下运行的软件是最合适的。在安卓系统智能手机上设计一个控制单片机的APP应用程序。通过这个应用程序对通讯卡下发命令，通讯卡将手机命令转化为单片机能接收的命令，使单片机发出相应条件的深度信号。

作为深度信号的模拟系统具有以下几个部分：智能手机用于发出命令信号和接收返回值；电路板用于接收手机的命令信号、发射深度模拟信号、连接电源和连接仪器。设备连接如图1所示。

图1 设备连接图

2 设计方案

2.1 手机软件设计

软件程序应用JAVA语言编写，主要功能是在手机上建立一个平台，可以完成手机控制单片机的过程。

首先要进行界面设计，将所需要的功能及功能代表的按键设计出来。可以参考绞车上地面平台中关于深度系统的各种参数设定及工作原理来设计参数和数据的位置及其代表的功能。基本参数有比特率、停止位、数据位、校验位、速度等。由于手机屏幕面积有限，不可能将所有输入区域及控制键摆放到同一界面下，所以需要对软件界面先后顺序进行设计安排。我们将需要改动较少的比特率、停止位、数据位、校验位、flow这些参数安排在主界面，如图2所示；将需要改动较多的速度、提/放等参数放到引申界面中。主界面的数据设置完成后，点击“设置”即可完成主界面参数的设置。主界面与第二界面之间转换通过主界面上的“配置”按钮来完成。同时在第二界面中增加预留功能键，如图3中的“111”、“222”等和“参数2”、“参数3”等，这样可以让后续开发更为顺利。

在手机控制界面中设置所需深度信号参数。当设置完参数后就可以开始让手机发出命令，来控制单片机芯片使其发出周期性的高低电平形成方波，利用这种不同相位的方波信号来模拟深度信号。通过控制方波周期的长短来表示提速的大小。深度信号分为上提信号和下放信号。当命令下发后，如果命令发射成功，单片机芯片会发射返回值，在手机接收区域的显示区显示。

2.2 电路部分

首先对电路板进行设计，将其功能进行分区，分为主控板、通讯板、电源卡和连接卡四个部分。其中主控板功能是接收通讯板发下来的命令并模拟发射出相应的方波深度信号；通讯板功能是接收手机下发的命令，将这个命令转化成单片机可识别的信号传送给主控板，在方波深度信号发射后传送一个返回值给手机；电源卡功能是将电路板连接电源并进行变压，为各个电子器件供电，其中包括+5V、+3.3V、±12V；连接卡功能是将前面几种电路板连接组合在一起，分别对电路板输送不同电压和传送数据。各电路板功能如图4所示。

利用单片机作为主控板进行模拟方波信号的信号源。在其中找到4个I/O引脚作为信号源的输出部分，通过4个引脚发出低电平模拟方波信号，如图5、图6所示。通过控制单片机发射方波信号的相位、周期和频次，模拟不同的速度和深度的信号。信号是通过主控板、低压差正电压稳压器等电子器件来辅助完成方波信号、供电及传输等功能。其根据仿照DLS-I型编码器的方波脉冲信号给单片机下装方波信号程序，每个信号周期表示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，方波累计个数就是上提或下放的深度。

图5 上提方波

图6 下放方波

2.3 应用效果

通常仪器调试过程需要2～3人，现在1人即可完成任务，而且大大缩短了调试时间，操作也简单方便，同时也减少了材料的消耗，达到了减人增效目的。

3 结束语

此方法可以继续扩展到曲线的信号模拟，这样在仪器调试过程中将不再需要沉重的地面机箱和电脑。只需通过手机进行参数设定，小型电路板及芯片进行信号模拟发射，完全可以将整个调试任务由一人完成。在石油行业迅速发展的时代，所有工作都在讲“效率”，如果将我们随身携带的智能手机也变成我们工作的工具，那我们就可以随时随地进行工作，那将会极大地提高工作效率。就像机械代替人拉肩扛工作一样。我们更应该发挥手机的优势，放下沉重的仪器调试设备，运用新科技代替传统的工作方法。这样不仅能高速完成工作，还能减少人工的消耗。测井行业本身就是高科技集中的行业，要利用一切科技技术为测井服务。智能机代替一些传统工具工作将是必然，也将引领各个行业进入工具“随身”时代。

[1] 王家旭.基于Android智能手机应用开发的研究[J].计算机光盘软件与应用，2014，16(22)：92-93.

[2] 姚慧卿.可以自动检测心律失常的AliveCor心脏监视器手机应用[J].中国心血管杂志,2015,20(1)：22-24.

[3] 艾 伦,兴 乔.身边的实验教学装备——智能手机[J].中国教育技术装备. 2014,28(12)：36-37.

[4] 刘进磊,袁清珂,李烨,吕雪.基于Android智能手机内置传感器的人体运动识别[J].集成技术.2014,3(3)：44-46.

[5] 孙晓晔.智能手机在博物馆导览工作中的应用与展望——以中国国家博物馆为例[D].吉林大学，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

杨 陆，男，1985年生，工程师。2012年硕士毕业于东北石油大学固体地球物理专业，现主要从事测井仪器研发和制造工作。E-mail: 724786222@qq.com

P631.8+1

A

2096-0077(2016)06-0031-03

2016-07-12 编辑：姜 婷)