一種基于手持終端的節點地震儀工作狀態現場監控方法與流程

本發明屬于微地震數據傳輸技術領域，具體涉及一種基于手持終端的節點地震儀工作狀態現場監控方法。

背景技術：

微地震壓裂監測技術是近年來在低滲透油氣藏壓裂改造領域中的一項重要新技術。針對大部分油氣田井距大的特點，且結合現場監測技術的應用要求，需要在井口附近方圓幾公里范圍內地面上布置很多檢波器和無線微地震數據采集站來監測壓裂井在壓裂過程中誘發的微地震波。為了能及時對現場工作中的采集站進行實時狀態查詢、數據傳輸及簡易故障診斷，需要使用一種攜帶方便、可移動的無線通信終端與采集站進行交互。

隨著無線通信技術和移動終端技術的發展，藍牙技術為短距離無線通信提供了更加經濟和安全的通信方式。且低功耗藍牙技術具有超低的待機功耗和運行功耗，這非常符合當前設備和物聯網的發展需求。通過藍牙技術不僅能有效地簡化通信設備間的通信方式，而且能使數據傳輸變得更加迅速高效，同時，也為無線通信拓寬了道路。

目前，國內外的無線微地震數據采集站都采用無線網絡的方式進行數據傳輸，現場手持終端、采集站以及壓裂過程中實時回收數據都是通過同一無線模塊進行數據交互。當工作人員用手持終端和采集站交互時，不僅會占用壓裂過程中數據傳輸的通信帶寬，還會在通信時，隨著交互數據量的變大，無線模塊的功耗也變大。與此同時，由于在野外復雜環境中無線網絡的不穩定性，致使手持終端和采集站通信時，存在數據傳輸效率低的問題，從而影響手持終端查看微地震數據采集波形的實時性。

技術實現要素：

本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于手持終端的節點地震儀工作狀態現場監控方法，本方法將低功耗藍牙模塊做采集站主控單元的通信串口，僅與手持終端進行數據交互，其不僅能降低采集站的總體功耗，而且能使手持終端與采集站的數據傳輸變得更加迅速高效，同時也為壓裂過程中數據回收增加了帶寬。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于手持終端的節點地震儀工作狀態現場監控方法，包括以下步驟：

a、檢波器與采集站相連后將檢波器埋入地下，采集站開機并進行gps定位；

b、開啟手持終端的藍牙，通過手機終端中應用程序的采集站搜索模塊進行搜索采集站站號以及對應的藍牙mac地址；

c、搜索完畢后，用戶點擊所需的采集站站號進行配對；

d、配對成功后，手持終端與采集站之間進行命令和數據交互；

e、通過手持終端中應用程序的采集站信息交互模塊進行對采集站狀態查詢、參數設置和數據波形查看。

步驟b，所述配對過程為手持終端的應用程序獲取采集站藍牙的mac地址，通過mac地址進行配對。

步驟e，所述狀態查詢包括：查詢站號、gps狀態、采集狀態、存儲空間、可用電量、前放增益、采樣間隔、經度、緯度和版本號；參數設置包括采樣間隔、前放增益、文件記錄長度設置，數據波形查看是以動態數據流的形式進行交互。

所述狀態查詢和參數設置的步驟為：手持終端發送命令幀，采集站接收命令幀；然后采集站開始校驗命令幀，若命令有效，則開始解析和處理命令，并回送應答幀；若命令無效，則繼續監聽手持終端。

所述數據波形查看的步驟為：當用戶想查看采集站中數據波形時，發送相應的命令，校驗無誤后，采集站會連續向手持終端發送數據幀，且以數據流的形式顯示在手持終端的界面上。

所述采集站主要由主控板、模擬板和無線模塊構成，其中主控板由stm32f207處理器模塊、可編程cpld模塊、gps同步模塊、tf數據存儲模塊和藍牙模塊構成；模擬板由供電模塊、充電模塊以及32位的ads1282組成的3通道數據采集模塊構成；其中stm32f207處理器模塊與藍牙模塊相連構成通信串口。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明采用低功耗藍牙做采集站通信串口模塊，既簡化了手持終端與采集站互連的過程，又保證了手持終端與采集站在野外復雜環境中能進行高速，高穩定性的數據交互。該方法有效降低了采集站在通信時的功耗，實現了手持終端與采集站之間以數據流形式的交互目的，具有較高的工程應用價值。

附圖說明

圖1為手持終端采集站搜索界面圖；

圖2為手持終端采集站信息交互界面圖；

圖3為無線微震數據采集站結構示意圖；

圖4為采集站主控單元與藍牙模塊連接電路圖；

圖5為手持終端和采集站的藍牙通信協議流程圖。

具體實施方式

本發明提供一種基于手持終端的節點地震儀工作狀態現場監控方法。為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合說明書附圖對本發明進行詳細說明。

壓裂監測過程中，為了能及時對現場工作中的采集站進行實時狀態查詢及簡易故障診斷。本發明提供以下技術方法：利用手持終端和采集站之間通過藍牙互連來交互命令和數據，從而了解采集站的工作情況。

手持終端上安裝自己編寫的“采集站巡檢終端”應用程序，采集站的主控單元與藍牙模塊相連做通信串口。在手持終端和采集站進行命令和數據交互時，通過藍牙互連完成通信。其中手持終端為android型的智能手機。“采集站巡檢終端”應用程序是在androidstudio平臺上用java語言開發的，其界面包括：采集站搜索模塊和采集站信息交互模塊。

圖1為手持終端上“采集站巡檢終端”應用程序的采集站搜索模塊界面圖，其主要是顯示搜索到的采集站站號以及對應藍牙的mac地址；圖2為采集站信息交互模塊界面圖，其主要包括狀態查詢、參數設置、阻抗值和波形查看。其中狀態查詢有：站號、gps狀態、采集狀態、存儲空間、可用電量、前放增益、采樣間隔、經度、緯度、版本號。參數設置可改變采集站的工作狀態，該命令會導致采集站進程重啟，其主要包括采樣間隔、前放增益、文件記錄長度等相關設置。實時波形查看主要是查看在壓裂過程中采集站實時采集到的數據波形。其主要顯示采集站的x、y、z通道的數據波形。實時波形查看功能也可以用來檢驗采集站和檢波器的性能以及存在的故障。

在野外壓裂監測現場，利用手持終端查看采集站工作狀態時，將手持終端的藍牙開啟，打開“采集站巡檢終端”應用程序，進入采集站搜索界面，進行搜索相應的采集站站號。搜索完畢后，用戶端可以點擊所需的采集站站號進行配對。此配對過程為手持終端的應用程序獲取采集站藍牙的mac地址，通過mac地址進行配對。配對成功后，手持終端藍牙與地震儀藍牙互連成功，連接成功后即可進行命令和數據交互，其中數據的傳輸部分以數據流的形式進行傳送。

圖3為無線微震數據采集站結構示意圖，采集站主要包括主控板、模擬板和無線模塊。其主控板由stm32f207處理器模塊、可編程cpld模塊、gps同步模塊、tf數據存儲模塊、藍牙模塊等構成；模擬板由供電模塊、充電模塊以及32位的ads1282組成的3通道數據采集模塊構成。其中，所述藍牙模塊具有超低的待機功耗和運行功耗，其與手持終端配對時，平均電流為35ma；通信時，電流為5～20ma；配對完畢未通信時，平均電流為3ma；其他情況下藍牙處于休眠狀態。藍牙模塊具有自適應跳頻(afh)技術，能更好的在復雜環境中維持穩定的數據傳輸。

圖4為采集站主控板與藍牙模塊相連接的電路圖。主控板為藍牙模塊提供3.3v的電源，stm32f207的pa9和pa10引腳與藍牙模塊的txd_ttl和rxd_ttl引腳相連接構成通訊串口。通信過程中，設置處理器串口的波特率為115200。

圖5為手持終端和采集站的藍牙通信協議流程圖，首先手持終端發送命令幀，采集站接收命令幀；然后采集站開始校驗命令幀，若命令有效，則開始解析和處理命令，并回送應答幀；若命令無效，則繼續監聽手持終端。

壓裂監測過程中，手持終端和采集站交互具體過程如下：

a、采集站開機后，藍牙模塊的sta燈快閃，該狀態表示采集站沒有與手持終端相配對。

b、當進行儀器狀態查詢或數據交互時，首先開啟手持終端的藍牙，然后打開“采集站巡檢終端”app軟件，進入采集站搜索界面開始搜索，然后選中要想查看的采集站站號，進行配對，配對成功后，藍牙模塊的sta燈開始雙閃。

c、配對過程為手持終端的app軟件獲取采集站藍牙的mac地址，通過mac地址進行配對。配對成功即表示互連成功，此時可以開始命令和數據交互，但該過程需要采集站先定位成功，開始正常采集數據才能進行。

d、在命令通信時，首先手持終端要發送命令幀，包括狀態查詢命令幀、參數設置命令幀、波形查看命令幀。命令幀格式如表一所示，其中參數<可選>部分為預留字節，可以設置為以上相應的命令。

表一命令幀格式

e、當采集站接受到命令幀后，開始校驗命令幀，若校驗正確，則回送應答幀，若不正確則繼續監聽命令。應答幀格式如表二，其中參數<可選>部分為采集站中相關屬性參數值，包括：站號、gps狀態、采集狀態、存儲空間、可用電量、前放增益、采樣間隔、經度、緯度、版本號。

表二應答幀格式

f、當用戶想查看采集站中數據波形時，發送相應的命令，校驗無誤后，采集站會連續向手持終端回送數據幀，且以數據流的形式顯示在界面上。數據幀如表三，其中x、y、z分別對應采集站的3個通道。

表三數據幀格式

本發明提出的采用低功耗藍牙做采集站串口模塊與手持終端通信的方法，保證了無線微地震數據采集站與移動終端在野外復雜環境中能進行高速，高穩定性的數據交互。不僅降低了采集站在通信時的功耗，而且實現了手持終端與采集站以數據流形式的交互目的，具有較高的工程應用價值。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式而已，并非對發明型作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的范圍。