[发明专利]一种低功耗井筒水声波通信控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述的低功耗井筒水声波通信控制系统包括：地面水声波发射系统(100)、水声信道(200)、井下水声波接收系统(300)、井下控制执行系统(400)，其中：地面水声波发射系统(100)通过水声信道(200)与井下水声波接收系统(300)连接，井下水声波接收系统(300)与井下控制执行系统(400)相连接；地面水声波发射系统(100)为地面设备，井下水声波接收系统(300)和井下控制执行系统(400)构成井下设备。

2.根据权利要求1所述的低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述地面水声波发射系统(100)包括依次连接的计算机(1001)、信号调制单元(1002)、D/A转换单元(1003)、功率放大单元(1004)、水声发射换能器(1005)，由计算机(1001)产生数字水声信号，由信号调制单元(1002)对数字水声信号进行信号调制后，送入D/A转换单元(1003)进行数字-模拟信号变换，再由功率放大单元(1004)进行模拟水声信号的放大后，由水声发射换能器(1005)将电信号转换成声音信号后，发射至水声信道(200)中。

3.根据权利要求2所述的低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述地面水声波发射系统(100)中的功率放大单元(1004)最大输出电压1200V，连续输出功率达到1000W。

4.根据权利要求1所述的低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述井下水声波接收系统(300)包括依次连接的水声接收换能器(3001)、信号调理单元(3002)、A/D转换单元(3003)、信号解调单元(3004)，由水声接收换能器(3001)将水声信道(200)传递的水声信号转换成电信号，送入信号调理单元(3002)中，由信号调理单元(3002)进行滤波、放大后，送入A/D转换单元(3003)进行模拟-数字信号变换，再由信号解调单元(3004)对编码数字水声信号进行解调，解调后的信号送入井下控制执行系统(400)中。

5.根据权利要求2或4所述的低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述地面水声波发射系统(100)中的水声发射换能器(1005)和井下水声波接收系统(300)中的水声接收换能器(3001)的中心频率为12kHz；所述的信号解调单元(3004)通过SPI接口与中央处理单元(4001)连接。

6.根据权利要求1所述的低功耗井筒水声波通信控制系统，其特征在于：所述井下控制执行系统(400)包括中央处理单元(4001)、测量单元(4002)、驱动单元(4003)、执行机构(4004)，其中：中央处理单元(4001)分别与测量单元(4002)和驱动单元(4003)连接，驱动单元(4003)与执行机构(4004)连接；所述的中央处理单元(4001)接收井下水声波接收系统(300)传递的水声信号，根据水声信号中包含的控制指令，由测量单元(4002)对井下工程参数进行实时测量、采集、存储操作，由驱动单元(4003)驱动执行机构(4004)产生对应的机械动作，测量单元(4002)、驱动单元(4003)与中央处理单元(4001)之间通过I²C总线连接。

7.一种如权利要求1所述低功耗井筒水声波通信控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为井下控制执行系统(400)所采用的控制方法，包括按顺序进行的下列步骤：

a001：为实现低功耗控制，井下设备入井前，设置井下控制执行系统(400)的休眠唤醒时间间隔，井下设备以休眠状态入井；

a002：按设定的时间间隔井下控制执行系统(400)自动唤醒，唤醒时长为T，唤醒时长T取决于当前井下设备所在的井深及一帧声波信号的时间长度；

a003：在井下控制执行系统(400)唤醒时长T内，井下水声波接收系统(300)测量、滤波、放大、转换、解调通过水声接收换能器(3001)接收到的信号；

a004：井下控制执行系统(400)判断解调信号是否为地面水声波发射系统(100)发射的控制指令，若判断结果为是，执行步骤a005，否则执行步骤a003；

a005：井下控制执行系统(400)执行地面水声波发射系统(100)的控制指令；

a006：判断是否执行完全部指令，若判断结果为是，执行步骤a007，否则执行步骤a005；

a007：井下控制执行系统(400)进入休眠状态，等待下一个唤醒时刻的到来。