озадачился разработкой такой системы:

лежат уже на столе регистратор, имитатор скважинного прибора, лежит на полу катушка с 300м достаточно "плохого" французского кабеля (сопротивление ТПЖ порядка 80Ом/км), набросал описание протокола и алгоритмы обработки пакетов данных.
регистратор содержит источник питания скважинных приборов 60В/20Вт, реализацию интерфейса IDC, обработку сигналов от датчиков меток и глубины (энкодер), интерфейс RS-232:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
не особо рассчитываю, что кто-то будет вчитываться, но все же... может быть найдутся единомышленники или просто возникнут интересные идеи?
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Требования на самые главные (критичные) характеристики системы, как раз, и не определены -
частота опроса датчиков и возможные объемы передаваемой информации. Не указан, также возможный температурный диапазон, уровень вибраций, э/м помех и т.п. ... В зависимости от этих требований диапазон возможных технических решений будет сильно различаться - от широкого выбора уже существующих вариантов, до необходимости разработки собственных, оригинальных решений... Разработку и применение собственного протокола обмена нужно как-то обосновать. Иначе, почему бы не применить какой-либо из уже существующих и стандартных (тот же Модбас, например)...

1.частота опроса датчиков скважинных приборов определяется скоростью каротажа и количеством измерений на 1м. я исходил из того, что максимальная скорость каротажа составляет 3600м/ч, а количество измерений - 10 на 1м. таким образом время измерений и цикл опроса приборов составляют 100мс. полный цикл запрос-ответ для одного слова данных при скорости обмена по кабелю 9600бит/с составляет около 6мс, поэтому на заданный временной интервал можно получить 16 слов данных от скважинных приборов - вполне достаточно. при большем разрешении на 1м и/или большем количестве данных скорость каротажа нужно уменьшать.
2.температурный диапазон работы скважинных приборов сейчас не рассматривается, но для наших задач (глубины до 1км) это обычный индустриальный. температурный диапазон работы регистратора - кабина оператора кунга каротажной станции, т.е. коммерческий.
3.уровень вибрации для скважинных приборов так же не интересен сейчас, а для регистратора - опять же кабина оператора, сильных вибраций и ускорений нет.
4.ЭМП - сказать трудно. самыми мощными их источниками наверное являются привод лебедки и генератор, но они удалены и находятся в рабочем отсеке кунга.
5.существующие варианты - это чужие варианты, как правило суперуниверсальные, оттого сверхизбыточные и дорогие. есть уже готовый регистратор типа того, что я привел на рисунке?
6.протокол Модбас также сверхизбыточен для данной задачи, а значит требует лишних вычислительных ресурсов и оперативной памяти
спасибо, @Ark!

я в принципе сначала и начал с урезания Модбаса, но потом понял, что от него остается от силы четверть и при этом он все-равно остается избыточным и неэкономным по формату кадра, и решил делать по-новой... я оглядкой конечно

Ну, при таких требованиях, система получается в общем-то, ничем не выдающаяся. Таких много...
Приходится делать что-то подобное перманентно, из проекта в проект. Как правило - на основе RS-485 либо Ethernet... Стандартный интерфейс и протокол Modbus, в частности, удобен тем, что его можно обрабатывать непосредственно в ПК. Тогда отпадает необходимость в промежуточном регистраторе и конверторе протоколов/интерфейсов. Собственный же интерфейс и протокол, скорее всего, потребует наличия дополнительного устройства между линией и ПК. Это лишнее усложнение системы...
Кстати, реализовывать ModBus в полном объеме - нет ни какой необходимости. Достаточно ограничиться несколькими основными командами (двумя-тремя). В подавляющем большинстве случае - этого вполне достаточно...
P.S. Если ваши изыскания имеют под собой какой-то реальный проект - обращайтесь: http://www.ellab.ru/index.htm
Может получится сотрудничество, кто знает...

1.написал в личку... сотрудничество, оказывается, и было, и есть этот регистратор ваш монтажник паял (Сереге привет!)
2.насчет "много"... например?
3.насчет выдающейся... не претендую, просто хотел услышать мнение
4.напрямую RS-485 или Ethernet не получается - нужно по 2-м жилам питание и сигнал передавать, так что преобразователь по-любому нужен

Передам (только от кого?). Да, как тесен мир, оказывается...

Да, вот совсем недавно, пару в чем-то похожих проектов завершили. Только километрового кабеля там нет...
P.S. Ответил в личку.

в смысле? меньше? больше? я находил ссылки на то, что RS-485 в принципе до 3км люди используют без повторителей... проверять только надо на конкретном кабеле

а в Лаборатории Электроники буду недельки через две - нужно будет отдать в монтаж партию комплектов плат радиометров

Ну, в нашем случае значительно меньше... Надо по форуму поискать - помню, кто-то писал, что по RS-485 на 10км передавал без повторителей...

Тогда, до встречи!

ну... теоретически при сопротивлении ТПЖ нормального кабеля 25Ом/км и сопротивлении терминатора 100-120Ом на входе приемника после 10км должно быть не меньше 500мВ дифференциального сигнала при чувствительности приемопередатчиков RS-485 - 200мВ. даже запас есть. просто реактивности кабеля сыграют свою роль, поэтому скорость сильно упадет

а вот тут у меня сейчас возник вопрос по выбору резисторов подтяжки для трансиверов. схема интерфейса следующая:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
дроссели и конденсаторы на входах трансиверов образуют частотный сплиттер для разделения сигналов и питания. терминальные резисторы указаны на всех слейвах, но на самом деле предполагается их включение только по концам кабеля.
но! во-первых, там, где их не будет резисторы подтяжки растянут напряжения до рельсов и слабый (скажем 1В) дифференциальный сигнал вход трансивера не воспримет. во-вторых, если слейвов большое количество, то резисторы подтяжки по переменному току включаются в параллель терминатору и снижают сопротивление согласования кабеля.
отсюда вывод: терминаторы на концах кабеля надо ставить не непосредственно на входах трансиверов, а до разделительных конденсаторов, а сопротивление резисторов подтяжки и смещения входов А и Б увеличивать. скажем, на подтяжки - 10кОм, на смещение - 1кОм. это обеспечит напряжение смещения около 230-240мВ, что близко к чувствительности трансиверов и помеха сможет вызвать их переключение. а если резистор смещения увеличить скажем до 2кОм, когда напряжение смещения станет равным 450мВ, то слабый дифференциальный сигнал не пробьется через трансивер или пробьется со значительным сдвигом фронтов.
в оригинале терминаторы обычно ставят 120Ом, а резисторы подтяжки - от 560 до 1,1кОм. теоретически это обеспечивает смещение 210-450мВ.
вопрос заключается в том, какое напряжение смещения обеспечивает устойчивое состояние трансиверов при длине кабеля до 1км при слабых ЭМП? что на практике?

кстати, на 300 метрах этого кабеля информационный сигнал при скорости передачи 19200бит/с восстанавливается прекрасно. видно, что скорость может быть и большей, но я пока не пробовал, да и программно затруднительно будет обрабатывать такой битрейт.

Для большинства каротажных кабелей с центральной жилой диаметром около 0.9 мм есть неприятный диапазон частот (в районе 4 кгц), в котором происходит изменение индуктивности центрального проводника. Это происходит из-за проявления скин эффекта, вытесняющего ток из объёма проводника на его поверхность. Как следствие меняется волновое сопротивление кабеля, условия его активного согласования становятся нетривиальными.
Известные мне системы, использующие модуляцию типа "манчестер", работают на частоте примерно 20 кбит/с. В этом случае максимум энергетического спектра сигнала сидит примерно на 15 кГц, что позволяет относительно безболезненно работать в условиях присутствия аномалии на 4 кГц.
Для вас я бы порекомендовал действовать так же, а именно - основной частотой сделать не 9600 бит/с, а 19200. Для кабеля длиной 1 км это совершенно "детская" скорость, всё будет работать на ура.

Кстати, кабель длиной 1 км - достаточно неудобный случай в плане обеспечения согласования волнового сопротивления. Дело в том, что, с одной стороны, на такой длине на частотах до 40 кГц затухание достаточно малое, а с другой стороны - заметная задержка сигнала в линии (~10 мкс на круг) приводит к вполне ощутимому искажению фронтов.

описанную Вами аномалию и отражения, как ее следствие, пока не вижу. кабель, который сейчас использую, 4-жильный, длина около 300м, задержки фронтов около 2мкс в одну сторону. терминаторы включены на концах кабеля через разделительные конденсаторы, а подтяжку входов трансиверов RS-485 сделал просто на их питание, только для смещения один вход подтянут через 18кОм, а другой - через 24кОм.
пробовать буду пока со скоростью 19200бит/с, вроде как это оптимально с точки зрения пропускной способности и способности контроллеров программно обработать Манчестер
спасибо, serebr

Насколько я понял, информация будет передаваться в полудуплексном режиме, т.е. поочерёдно работают сначала передатчик сверху вниз, потом передатчик снизу вверх. Правильно?

В 4-х жильном кабеле сигнал будет передаваться по паре центральных жил (парафазно), или по одной из жил относительно оплётки кабеля?

да, режим полудуплексный. на 4-жильном кабеле я сейчас просто экспериментирую/отлаживаюсь. вообще-то у нас используются в основном 3-жильные кабели, броня не используется, потенциал на броне - помеха при электрокаротаже. поэтому 2 жилы планируется использовать для питания и передачи данных, а 3-ю - для передачи в скважинный прибор потенциала земли (рыбы) для электрокаротажа (КС-ПС)

Понятно, значит вполне стандартное использование каротажного кабеля. В этом случае влияние 3-й несогласованной жилы (ПС) проявляться не будет, т.к. другие 2 сигнальные жилы работают по дифференциальной схеме.
Я спросил это потому, что при передаче данных по одной жиле относительно брони влиянием остальных жил пренебрегать уже не всегда можно. Из-за ёмкостной и индуктивной связи между жилами при несимметричной линии связи возникают наводки от сигнала на несигнальных жилах, а потом проявляются и обратные наводки с несигнальных жил на сигнальные. Очень неприятный эффект.

Конечное согласование связки приборов можно делать в нижней механической заглушке, если все приборы проходные. Если в связке есть непроходной прибор, то тогда ещё проще - он всегда последний и в нём можно делать согласование наверняка.

P.S. Я бы делал согласование и растяжку так (это после конденсаторов, конечно):
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

мало того, и сигнал-то будет уже не дифференциальным, трансиверы RS-485 сбоить начнут. ну, в общем симметрия нужна, Вы правильно говорите.

точно а я собрался терминаторы ставить в каждый прибор и коммутировать их релюшками... с меня причитается


нет, у трансиверов RS-485 19-20кОм сопротивление на землю, там не высокоимпедансный вход. 2 варианта возможны:
1.смещение 2,4кОм, подтяжка одного из входов на 5В через 9,1кОм
2.подтяжка одного входа 18кОм на 5В, второго 24кОм на 5В
второй вариант и проще, и обеспечивает большее входное сопротивление, поэтому меньше влияет на согласование

Странно, никогда бы не подумал, что у приёмников входной резистор сидит на землю, т.к. питание у него однополярное. В даташите про это вроде прямо не говорится. Если этот трансивер живьём проверяли и он 12к тянет на землю - тогда конечно желательно вход смещать в +, чтобы была примерно середина по постоянке.

Растягивать входы несимметрично я бы не стал, достаточно того гистерезиса, который есть у самого приёмника. Если уж сильно надо сделать гистерезис побольше, то может лучше сделать его явно - заведя небольшую положительную обратную связь на оба входа приёмника с выхода специального логического буфера и инвертора, дающих честные 0 и 5 В на выходе.

я в каком-то даташите нашел схему входного каскада - там резистивный делитель на землю. прозвон max485 и max483e дал около 19,5кОм. поставил резисторы подтяжки - так и есть, около половины питания получилось со смещением. смещение нужно, иначе выход приемника болтается.
а какой криминал в несимметричной подтяжке? по-моему все предельно корректно

При несимметричной растяжке нарушается скважность входного сигнала. Представим себе, что входной сигнал это идеальная трапеция (т.е. прямоугольные импульсы с конечной длительностью фронтов). Тогда искусственный перекос в виде постоянного напряжения на входе приведёт к тому, что после дискриминатора у нас длительности "нуля" и "единицы" будут разными, хотя входной сигнал был абсолютно симметричен.

да, есть немного с max483 - у них скорость нарастания ограничена. с max485 такого нет.
но как по-другому установить выход приемника в устойчивое состояние? а то ведь отработать фальшстарт может

Дело не в ограниченной скорости нарастания передатчика, а в ограничении частоты, вносимом кабелем. Я думаю, что кабель завалит фронты намного больше, чем сам передатчик.

Как сделать я уже написал. Попробую рассказать более подробно.
1. Берём микросхему логического КМОП инвертора, штук 6 в корпусе, например.
2. Подключаем 2 инвертора последовательно к выходу приёмника.
3. Выход 1-го инвертора через резистор подаём на инвертирующий вход приёмника, выход 2-го инвертора - на неинвертирующий вход.
4. Т.к. есть эквивалентное сопротивление линии связи, приведенное ко входу приёмника, то на входе приёмника получится делитель напряжения из резистора с выхода инвертора и этого эквивалентного сопротивления.

В результате получим увеличение гистерезиса, причём симметрия приёмника сохранится.

В идеале бы, конечно, использовать микросхему трансивера RS-485 с раздельными ногами для приёмника и передатчика. Тогда на входе приёмника можно было бы установить дополнительный последовательный резистор, 1 ком например. Тогда делитель напряжения с 10 ком резистором с выхода инвертора обеспечил бы гистерезис 0.5 В. А так гистерезис скорее всего получится не очень большим.

P.S. Ещё правильнее делать программный гистерезис прямо для принимаемого сигнала. Алгоритм очень простой: делаем программный реверсивный счётчик, на 16 единиц, например. Делаем его таким образом, чтобы он останавливался в своих крайних значениях (не перебегал границу по циклу). На + и - входы этого счётчика подаём прямо наш входной сигнал с дискриминатора. После этого счётчика ставим программный RS триггер, срабатывающий по событиям достижения счётчика своих крайних значений (0 и 15 в данном случае). Выход RS триггера - и есть наш искомый сигнал с гистерезисом в 16 входных отсчётов. Я понятно объяснил?

аппаратно понятно, программно - завтра буду думать, под вечер уже голова перестает соображать
кстати я задумался, а нужно ли это смещение (18кОм и 24кОм), если у входов есть гистерезис? может быть его и хватает? я-то хотел обеспечить это смещение и не попробовал подтяжку резисторами одного номинала. тогда и перекоса скважности не будет
serebr, спасибо! поработаю в этом направлении. сейчас протокол пишу, потом вернусь к этому вопросу

Программный способ, про который я написал, правильнее всё же называть не гистерезис, а антизвон. Этот алгоритм устраняет кратковременные "метания" сигнала туда-сюда, настоящего гистерезиса в нём нет.
Для получения программного гистерезиса в приведенный выше алгоритм надо добавить небольшую арифметику. Например так: на счётчик пропускать относительно меньшее число тех импульсов, которые по полярности противоположны состоянию нашего выходного RS триггера. В таком случае получим одновременно "антизвон" и гистерезис.

ну да, выравнивание скважности здесь не будет. мало того, если идет последовательность "10" или "01", то длительность сигнала низкого или высокого уровня удваивается, а триггер все-равно перебросится. да и вообще, Манчестер - самосинхронизирующийся код, нужно детектировать эти синхронизирующие переходы. второй вариант не понял, но выравнивание скважности - не цель.
я планирую программно сканировать сигнал на выходе приемника трансивера в некотором интервале времени, когда ожидается синхронизирующий переход, и записывать значение сигнала в сдвиговый регистр. при определенном значении в сдвиговом регистре, например 00001111 или 11110000, фиксировать бит. вернее с учетом возможного дребезга (и то, если он будет, пока я его вообще не вижу), если получено значение в сдвиговом регистре 00001011 или 11110100, то оценивается соотношение нулей и единиц в старшей и младшей тетрадах сдвигового регистра. тут беда в том, что сканировать с высокой частотой нет возможности - не останется времени на выполнение других программ, поэтому на битовый интервал возможны 6-12 отсчетов, не больше.
конкретную частоту сканирования буду подбирать при отладке, оценивая счетчик ошибок. в принципе можно будет сделать и программное снижение скорости передачи при превышении количества ошибок определенного значения, и исправление одиночных ошибок. пока делаю как попроще

Выравнивать скважность и не надо, главное эту скважность не нарушать своим приёмником. Предложенный алгоритм скважность не нарушает, т.к. работает симметрично как по отношению к переходу из 0 в 1 так и обратно. Для малого количества отсчётов на битовый интервал нужно только уменьшить размер счётчика до 2-4 отсчётов.

Если будет всего 6-12 отсчётов на битовый интервал, то для определения порога я бы поставил нормальный АЦП вместо дискриминатора. Тогда проблема определения уровня сигнала для начала его декодирования отпала бы сама собой. Стоит это удовольствие сущие копейки. Там уже можно сделать и программный гистерезис и антизвон и вообще что угодно.

Можно поставить и микроконтроллер со встроенным АЦП на 10-12 бит.

Если развить тему дальше, то на входе после АЦП добавил бы совсем простенькую ПЛИС, сделал на ней всю необходимую обработку. Возможности модернизации проекта приблизились бы к приемлемому уровню. Если нет опыта работы с ПЛИС, то можно поставить сигнальный процессор, но не исключено, что с его обвязкой хлопот будет даже больше, чем с ПЛИС. Как говорится, на вкус и цвет товарищей нет.

хоть АЦП и копейки стоит, но все-равно это лишние аппаратные затраты. к тому же его нужно защищать от перенапряжений на шине, а в серийных трансиверах это уже сделано. нет, велосипед изобретать не буду, нормально будут работать трансиверы, они уже нормально работают. если еще и хватит их гистерезиса без смещения, то вообще хорошо
спасибо, serebr

По поводу встроенной защиты в трансиверах может оказаться не всё так гладко. Какие конденсаторы стоят в качестве развязывающих?

конденсаторы приличные, 4,7мкФ сейчас. но "горячее" подключение пробовал, держат трансиверы

Лучше попробовать "горячее" отключение. Кабельный коллектор имеет свойство хоть и изредка, но устраивать разрыв цепи, т.к. работает по принципу скользящего контакта. Частота этого эффекта сильно зависит от того, как коллектор обслуживается и обслуживается ли он вообще. Опять же операторы иногда умудряются выдёргивать разъем с прибора, когда он запитан. Каротажный кабель сам по себе обладает индуктивностью. Кроме того, цепи фильтров питания тоже содержат дроссели. У вас питание приборов - постоянка 60 В, значит ток питания может достигать 1 А или даже ещё больше.
Дуга при разрыве цепи питания может быть весьма приличная, сам видел не раз. Что будет с трансиверами, подключенными через несколько микрофарад к такой цепи, нетрудно представить. Мы немало помучились с защитой своей электроники.

блок питания сейчас 20Вт, поэтому максимальный ток в линию 350мА. отключение тоже пробовал, пока нормально, но и максимального тока еще не было. в принципе разделительные конденсаторы должны удержать броски напряжения на индуктивностях фильтров и кабеля, но обратить внимание все-равно надо будет, спасибо.

Самим конденсаторам скорее всего ничего не будет, они выдержат. А вот то, что стоит за конденсаторами, скорее всего сгорит. Конденсаторы пропустят быстрое нарастание напряжения через себя без заметных потерь и весь скачок высадится уже за ними. Характерное время спада импульса за конденсаторами можно оценить как 4.7 мкф*120 ом/2 = 250 мкс. Я думаю, что за такое время любая защита в трансиверах сгорит, если на их входе будут сотни вольт.

я это и имел ввиду. честно говоря я думал об этом, но пока не занимался этим вопросом. думаю, что масса готовых решений есть для защиты линий передачи данных, вплоть до грозозащиты

А подскажите, pls, что вы измеряете в скважине?
Индукцию магнитного поля?

Если да, хочу поинтересоваться типом магнитометра и его разрешающей способностью.

Из бумажных источников следует, что современные феррозонды достигают 0.5 нТл (MAGIC MG-01G ООО "Импеданс"), протонные "керосинки" 0.1 нТл Любопытно, что имеется в реальной жизни?

В скважине измеряется ВСЁ! Перечислять устать можно. В том числе используются и инклинометры, в которые (опять же в том числе) входят и феррозонды. Типичная собственная погрешность инклинометра - около 0.1 градуса. Пересчитывать погрешность из градусов в нанотеслы предоставляю вопрошающему.

в основном литологию разреза, для которой используются различные исследования: измерения кажущегося сопротивление и самопроизвольной поляризации, индукционные и резистивные измерения, радиометрия, термометрия. кроме того, в процессе эксплуатации: расходометрия, токовые измерения... инклинометров у нас нет

Ясно, спасибочки.

там можно проводить разнообразные физэксперименты

да, подгорают входы трансиверов. не полностью выгорают (они продолжают работать), но смещение уплывает. как защитить? исходная схемка включения такая:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
для защиты от перенапряжений есть такой вариант:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
но, во-первых, в моем случае подтяжка осуществляется по-другому, а, во-вторых, мне не совсем понятно, для чего защита делается от -7 до +12В. может быть лучше от GND до Vcc? так и попроще будет:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
предохранители (или резисторы) исключены, т.к. ток ограничен дросселями (не более 150мА), стабилитроны на 5,1В. индуктивность кабеля не рассматриваю, т.к. она заведомо намного ниже индуктивностей дросселей. постоянная времени перезаряда емкости p-n-перехода стабилитрона (Cстабилитрона=100пФ, Lдросселя=10мГн) составляет примерно 1мкс.
пока не попробовал такой вариант (теперь уже после праздников), но может кто-нибудь увидит косяк?

1. Для исключения дуги от дросселей на плате самый простой вариант - это зашунтировать каждый дроссель ограничителем напряжения (стабилитрон или супрессор с малой собственной ёмкостью). Дуга от индуктивности кабеля тем не менее может иметь место.
2. Защиту нельзя делать просто на землю и питание. Когда будет большой выброс тока, то он через стабилитроны зарядит конденсаторы, стоящие между землей и питанием. Напряжение питания неприемлемо вырастет и всё что от него запитано может сгореть. Чтобы этого не произошло, надо как минимум установить супрессор между землей и питанием. Ещё лучше делать так, чтобы не заряжать цепь питания совсем, т.е. примерно так, как показано на типовой схеме защиты для RS-485.

была и такая мысль, но это не спасет (гарантировано) от высокого на входе трансивера. тем более, что (Вы правильно говорите) в этом случае нужно все-равно защищаться от индуктивности кабеля

да, именно поэтому в том варианте, который я изобразил, защиты на питание и нет. все стекает на общий провод.

Точно, я невнимательно посмотрел.

На линии питания +60В тоже поставить супрессор не помешает.

да ни к чему вроде, хороший LC-фильтр. источнику не страшно, просто диоды выпрямителя закроются. питание потребителей на max5035 - у нее 76В максимальное входное, запас есть

Да, может проще трансформаторы импульсные поставить и квазитроичный код, так по моему вся проводная
телеметрия в сейсморазведке работает, очень нормальный способ.

по третьей схемке из поста 38 трансиверы почти месяц работают (периодически конечно), все нормально, справляются стабилитроны с задачей. т.к. включаю я трансиверы на передачу только во время передачи, то состояние их выходов тоже получается квазитроичное. в случае с трансформатором какой использовать приемопередатчик? брать трансиверы для MIL-STD-1553? так они денег немеряных стоят, плюс стоимость трансформаторов. делать трансиверы на россыпухе, как например здесь?:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
пока я ничего проще того, что предложил, не вижу. может Вы намекнете?