徐 飞，胡 军，刘 彤，许林康

(1.西安石油大学，陕西 西安 710065；2.西安应用光学研究所，陕西 西安 710065)

采用合适的数字通信技术在数据传输方面显得格外重要，传统的信号源是采用复杂的硬件电路组成。这样的信号源电路结构复杂、参数固定、调试和维修比较困难以及频率精度不高等缺点[1]。直接数字频率合成技术有着频率切换快、带宽宽、相位连续性好以及频率分辨率高等优点[2]。所以此项技术也被广泛应用在石油开采方面，因此采用一种又省时、又省力的实时的井下数据采集办法是多年来众多国内外石油公司研发部门一直梦寐以求的一项技术[3-4]。

1 基带信号产生

1.1 硬件电路设计

井下声波传输FSK系统主要测量井下温度信息，温度测量模块采用DS18B20温度传感器，DS18B20采用单总线结构。它与DSPIC仅需DQ这一数据线就可实现与DSPIC的双向通讯。DSPIC测得温度传感器的十进制数字信号后，在DSPIC内将这些十进制信号转换为二进制信号。在DSPIC内部定时器的作用下，每隔一段时间进入定时器根据二进制信号的值改变相关引脚的电平值。

1.2 软件设计

为了保证测量到的每组温度信息，都转换成真实有效的FSK调制基带信号，编写了温度采集及基带信号产生程序流程框图。图1为程序流程框图。

图1 温度采集及调制载波信号发生程序流程框图

系统初始化后，温度传感器采集井下温度信息。DSPIC内部通过十进制转二进制算法即将所需转化的数除以2，所得余数为k1，将所得商再除以2，所得余数为k2……重复步骤直到商为0；读数时从最后一个余数读起，即kn,k(n-1)…k2,k1；所得数便是转化成的二进制数。将这些二进制数据存储到一个数组data里面。随后启动定时器，定时器预装载值设为5625。

当计数器超过预装载值6630时，进入定时器中断。在中断程序里面得到data数组里面的值。设立一个计数值cnt，每当进入一次定时器中断，cnt加一。Data数组的索引值index加一。从而判断data数组里面的数组为0还是为1，如果为0，输出基带信号引脚RC5的电平值为0；反之，则设为1。当cnt的值为8的时候，cnt的值重新设为0。这样，DSPIC就将十进制的温度数据转换为二进制的基带信号。

2 调制信号产生

2.1 硬件电路设计

调制基带信号产生后，DSPIC与外部AD9834采用模拟三线SPI通信。通过软件处理将数据写入AD9834寄存器中，AD9834转换为正弦波。当基带信号为1时，输出5k左右频率的正弦波，当频率为0时，输出10k左右频率的正弦波，这样调制信号产生了。

2.2 软件设计

软件设计包括DSPIC与AD9834模拟SPI通信，写入不同的频率控制字产生不同频率的正弦波以及结合基带信号产生调制信号。程序框图见图2所示。

图2 调制信号产生流程框图

系统上电复位之后，对各模块进行初始化。定时器初始化，当计数器值溢出后，进入定时器中断，中断程序里面产生基带信号。当基带信号为高电平“1”时，向AD9834里面写入频率控制字0x4001和0x50c7。由于AD9834的输出频率fout=fMCLK*频率寄存器的值/2^28,可以得出fout=5.7KHZ。同理，当基带信号为高电平“0”时，向AD9834里面写入频率控制字0x4002和0x50c7，可以得出fout=10.2kHZ。

3 试验

为了验证整个系统的正确性，用示波器显示最终的调至波形结果。图3是温度十进制信息经过相应的十进制转二进制算法后，在定时器的作用下，产生的基带信号。由基带信号可知，温度二进制数据为“0001 0001”，所以温度二进制数据为17℃。图4是调制信号，从图4中可以看出，‘0’代表的一种频率，‘1’代表另一种频率。

图3 基带信号

图4 调制信号

图5是对调制信号放大后的波形，当基带信号为‘1’的时候，产生了频率为5.682kHZ的正弦波。图6也是对调制信号放大后的波形，当基带信号为‘0’的时候，产生了频率为10.42kHZ的正弦波。由此可以看出，整个系统验证正确。

图5 5.682 kHZ的正弦波

图6 10.42kHZ的正弦波

4 结语

本系统利用DSPIC作为主控芯片，配合外部温度传感器和DDS芯片AD9834完成井下声波传输的FSK调制。该系统的调制由软件完成，节省了井下空间，降低了声波在井下传输过程造成的衰减问题，在井下声波传输领域有较广泛的应用前景。