[发明专利]交叉站大线接口通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震数据采集系统中交叉站大线接口的通信系统。

背景技术

目前，国内外主要使用的地震数据采集系统为法国Sercel公司的408UL地震数据采集系统及美国I/O公司的系统4地震数据采集系统等。下面以这两套系统为例，介绍现今的地震数据采集系统中交叉站大线接口的通信方法。

408UL为商用地震数据采集系统，其主处理器使用VxWorks操作系统，负责对数据的实时处理与控制。

在Sercel公司所提供的408UL地震采集系统资料中介绍，系统所有设备之间的数传线均为两对绞合线。其中，在两个交叉站之间的数传速率为16.384Mb/s，而在带有交叉站、电源站、采集站的大线中数传速率为8.192Mb/s。408UL采用类TCP/IP通讯协议，并分为异步通讯方式和同步通讯方式两种。

408UL地震采集系统中，交叉站根据其工作状态的不同分别称为主交叉站与从交叉站：主交叉站向采集站传送命令；采集站向从交叉站传输数据和采集状态。大线上采用的通讯方式为：主交叉站采用同步通讯方式加电激活排列，发出指令并开始采集或测试；从交叉站采用异步传输方式收集采集站的地震数据和状态，完成滤波、计算测试结果、压缩打包数据并将数据包发送到主机。无论是采集数据传输还是控制命令传输，二者的数传速率相同，均为8.192Mb/s。其交叉站对大线接口的详细控制通信技术保密。

408UL系统交叉站的硬件采用专门设计的芯片，其芯片的数据手册为保密内容。

美国国I/O公司的系统4仪器也是商用地震数据采集系统，交叉站和采集站之间采用RS485进行通信，数传速率为8Mbps，通信协议为自己定义的专用协议，属于技术保密内容。

交叉站是大型地震采集系统中每条大线的管理节点和数据汇聚节点，也是大线与交叉线的交汇节点。交叉站可以向所连接大线上的下属站单元发出控制信息，接收下属站点的应答和状态信息。系统控制复杂度高，通信频繁，通信量大。尤其在交叉站利用串口对大线控制端口的环节中，传输速率与实时性要求很高。

发明内容

本发明的目的是设计一套交叉站大线接口通信系统，重新设计VxWorks串口的驱动的运行模式，以及处理协议的专用任务，以满足地震仪器大线接口采集数据传输和控制命令传输的要求，提高数据传输和命令处理的效率和稳定性。

交叉站作为大线和交叉线的数据交换节点，具备二级管理功能，管理大线上的所有站点。每个交叉站通过其两侧的大线接口串行连接采集站和电源站，每个采集站连接四个检波器，从而组成设备网络，拾取地震信号，进行模数转换，然后把数据上传到主机系统(仪器车内)进行后期处理和存储。

交叉站大线接口通信系统由两块相互连接的交叉站控制板和交叉站接口板组成；

交叉站控制板中嵌入式处理机的两个串行通信控制器SCC1和SCC2，经过驱动芯片，连接交叉站接口板连接器，然后分别与交叉站接口板中大线两侧的两个RS485收发器相连后，SCC1连接大线的高端，SCC2连接大线的低端；过程中此控制流执行命令帧格式通信协议，由交叉站向大线方向传送，定义每一个命令的内容和编码，保证整个系统能准确可靠的通信；

完成后，交叉站接口板中分别连接大线的高端和低端的两片长距离以太网物理层芯片实现传输速率为40Mbps数据的传送；再通过FPGA器件将其转换成100Mbps标准MII接口协议，与控制板中嵌入式处理机的FCC2口相连，实现命令应答并接受大线数据、整理数据然后上传；过程中此数据流执行数据帧格式通信协议，由大线向交叉站方向传送，保证数据传输的效率与可靠性。

交叉站至采集站/电源站的大线控制命令传输通信协议帧格式定义了每一个命令的内容和编码，采用UART帧，物理传输为RS485，提供下行的命令传输，控制帧采用类HDLC包封装，即采用0x7E+命令帧+0x7E的前后起始定界方式；控制帧最小长度6字节，小于6字节为超短错误帧；最大长度受以太网帧长度限制。

采集站/电源站至交叉站应答及采集数据传输通信协议帧格式采用MAC帧，物理传输为LRE。上行数据通道的命令采用和数据包一致的以太网MAC帧封装，数据帧最小长度13字节，小于13字节为超短错误帧；最大长度受以太网帧长度限制。

硬件系统同时设计一些外围电路，如时钟、电源等电路，保证整个系统能够正常工作。硬件设计是整个项目的基础，也是整个系统能够正常工作最基础的平台。

在此硬件基础上，完成了交叉站大线接口控制命令和采集数据交互传输的要求，即命令传输与数据传输分别独立进行，工作时按需要将其传输通道进行交互。