一种用于采集油气井数据的音频通信设备和方法技术领域
本发明的实施方式涉及数据传输技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种用
于采集油气井数据的音频通信设备和方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述
不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着移动通信技术的广泛应用，智能手机、平板电脑等移动设备已经成为包括油气田
作业人员在内的大众随身携带物品，移动设备为油气田作业人员处理和分析数据提供了很
大的便利。
发明内容
油气田中常用的用于测量油气井数据的传感器一般是基于Zigbee协议进行通信，现有
的移动设备并不具备这类传感器，也无法与这类传感器直接进行通信，导致作业人员无法
在油气田作业现场利用移动设备方便地采集和处理分析油气井数据(例如温度、压力、功
图、扭矩等)。
为此，非常需要一种能够利用移动设备采集油气井数据的技术。
在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种用于采集油气井数据的音频通信设
备、方法和应用程序。
在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种用于采集油气井数据的音频通信设备，
包括：
音频单元，用于接收第一音频信号，并将所述第一音频信号转发给主控制单元；
主控制单元，用于将所述第一音频信号解码生成油气井数据的类型、测量油气井数据
所需的参数，并转发给无线通信单元；
无线通信单元，用于基于Zigbee协议将所述油气井数据的类型、测量油气井数据所需
的参数生成报文并发送，以及用于接收油气井数据，并将所述油气井数据转发给主控制单
元；
所述主控制单元，还用于将所述油气井数据编码成为第二音频信号，并将所述第二音
频信号发送给所述音频单元；
所述音频单元，还用于将所述第二音频信号发送出去。
在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种用于采集油气井数据的方法，包括：
接收第一音频信号；
将所述第一音频信号解码生成油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数；
基于Zigbee协议将所述油气井数据的类型、所述测量油气井数据所需的参数生成报文
并发送；以及，
接收油气井数据；
将所述油气井数据编码成为第二音频信号；
将所述第二音频信号发送出去。
在本发明实施方式的第三方面中，提供了一种应用程序，当所述应用程序在移动设备
上运行时，用于使所述移动设备执行：
接收油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数；
将所述油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数编码成为第一音频信号；
将所述第一音频信号发送出去；
接收第二音频信号；
将所述第二音频信号解码成为油气井数据；
显示所述油气井数据。
在本发明实施方式的第四方面中，提供了另一种用于采集油气井数据的方法，包括：
接收油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数；
将所述油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数编码成为第一音频信号；
将所述第一音频信号发送出去；
接收第二音频信号；
将所述第二音频信号解码成为油气井数据；
显示所述油气井数据。
借助于上述技术方案，本发明提供的音频通信设备可作为移动设备和油气田现场各种
传感器的中间媒介，利用音频信号的形式传输油气井数据，使得在油气田作业现场利用移
动设备方便地采集和处理分析油气井数据得以实现。相比于现有技术，本发明实用性强、
稳定性好，误码率低，有利于降低油气田现场的数据采集成本。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特
征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实
施方式，其中：
图1示意性地示出了本发明示例性实施方式的应用场景；
图2示意性地示出了本发明示例性实施方式的音频通信设备的结构框图；
图3示意性地示出了本发明具体实施例的音频通信设备的结构框图；
图4示意性地示出了本发明示例性实施方式的一种用于采集油气井数据的方法的流程
示意图；
图5示意性地示出了本发明示例性实施方式的另一种用于采集油气井数据的方法的流
程示意图；
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实
施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式
限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够
将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出了一种用于采集油气井数据的音频通信设备、移动设备
和系统。
在本文中，需要理解的是，移动设备200也可以由台式计算机所替代，即音频通信设
备100通过与台式机计算机之间相连接，传输第一音频信号、第二音频信号，从而达到将
传感器300测量的油气井数据传输至台式计算机处。
此外，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而
不具有任何限制含义。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
应用场景总览
首先参考图1，在油气田现场，音频通信设备100与移动设备200相连接，音频通信设
备100基于Zigbee协议与油气田中各种测量油气井数据的传感器300进行无线通信。
移动设备200例如可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑等设备。
移动设备200中存储有应用程序400，移动设备200通过运行应用程序400实现与音频通
信设备100之间的数据交互。
传感器300例如可以是油气田现场用于测量温度、压力、扭矩、功图等油气井数据的
无线传感设备。
示例性设备
下面结合图1的应用场景，参考图2～图3来描述本发明中示例性实施方式的音频通信设
备100。需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本发明的精神和原理而示出，本
发明的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本发明的实施方式可以应用于适用的任何
场景。
如图2所示为本发明示例性实施方式的音频通信设备100的结构框图，包括：音频单元
101、主控制单元102和无线通信单元103。
在下行传输链路中，音频单元101，用于接收第一音频信号，并将第一音频信号转发
给主控制单元102；主控制单元102，用于将第一音频信号解码生成油气井数据的类型、测
量油气井数据所需的参数，并转发给无线通信单元103；无线通信单元103，用于基于Zigbee
协议将油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数生成报文，并将报文发送出去。
可选地，音频单元101可以连接移动设备200，接收移动设备200发送的第一音频信号；
无线通信单元103基于Zigbee协议与用于测量油气井数据的各种传感器300进行无线通信，
将报文发送给传感器300。
具体的，由于无线通信单元103是基于Zigbee协议生成的报文，且报文中是包含了油气
井数据的类型、测量油气井数据所需的参数等信息，因此，接收到上述报文的传感器300
基于Zigbee协议解析后就能确知是否需要上传自身所采集的油气井数据。例如，若报文中
包含的油气井数据的类型是功图类，且包含了测量功图所需的各种参数(如油气井编号、
采样点数量等)，则在油气田现场的用于测量功图类数据的传感器收到上述报文后，就会
根据相应参数完成测量并返回功图类油气井数据。
在上行传输链路中，无线通信单元103，用于接收油气井数据，并将油气井数据转发
给主控制单元102；主控制单元102，用于将油气井数据编码成为第二音频信号，并将第二
音频信号发送给音频单元101；音频单元101，用于将第二音频信号发送出去。
可选地，无线通信单元103可以是从传感器300接收油气井数据，音频单元101可以是
将第二音频信号发送给移动终端200。
可选地，本发明示例性实施方式的音频通信设备100还包括一电源供给单元，用于为
无线通信单元103、主控制单元102供电。具体实施时，电源供给单元可以是从蓄电池、
干电池或移动设备200获取电能然后供给无线通信单元103、主控制单元102。
为了方便地将油气井数据传输给移动设备200，确保数据传输的稳定性，可选地，本
发明示例性实施方式的音频通信设备100可以通过连接移动设备200的音频接口，与移动设
备200之间传输第一音频信号和第二音频信号。具体实施时，考虑到移动设备200一般采用
国际标准的3.5mm音频接口，为了与移动设备200的音频接口相匹配，音频通信设备100的
音频单元101采用国际通用的3.5mm音频接头。
可选地，本发明示例性实施方式的音频通信设备100与移动终端200之间传输的第一音
频信号和第二音频信号均为FSK信号。
实施例一
如图3所示，为音频通信设备100的一种具体实施例。
该实施例中，主控制单元102采用MSP430系列单片机。MSP430系列单片机是一种16
位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器，在休眠状态下，电流可达到μA级，正
常工作下电流也可以保持在几个mA级左右。具体实施时，若需要存储相关数据，可考虑
增加数据存储芯片。
无线通信单元103连接主控制单元102的通用异步收发传输器UART0口。无线通信单元
103负责与油气田现有的无线功图、温度、压力等传感器进行基于Zigbee协议的数据通信，
可选用不同厂家提供的基于Zigbee协议的数据通信模块，以增强在油气田现场的通用性。
音频单元101采用国际通用的3.5mm音频接头，具有左声道、右声道、麦克和接地端，
其中，左声道连接主控制单元102的Vcc端，右声道连接主控制单元102的CA0口，麦克连
接主控制单元102的UART1口，接地端连接主控制单元102的GND端。
电源供给单元采用二极管电压倍增器，连接于音频单元101的左声道和主控制单元102
的Vcc端之间。
应用该音频通信设备100时，将音频单元101插入移动终端200的音频接口中。
该音频通信设备100的具体工作原理如下：
(1)在上行传输链路中，第一音频信号经过音频单元101的右声道传输至主控制单元
102的CA0口，然后主控制单元102的比较器A将第一音频信号由正弦波转换为脉冲波，主
控制单元102通过测量脉冲波的脉宽解码第一音频信号得到油气井数据的类型、测量油气
井数据所需的参数；然后，油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数由UART0口传
输至无线通信单元103；最后，无线通信单元103基于Zigbee协议将油气井数据的类型、测
量油气井数据所需的参数编码生成报文发送给传感器300。
(2)在下行传输链路中，无线通信单元103接收油气井数据，通过UART0口传输至主
控制单元102；主控制单元102采用FSK调制方法将油气井数据编码成为第二音频信号，再
通过UART1口传输给音频单元101的麦克，最终传输给移动设备200。
(3)音频单元101的左声道从移动设备200获取电能，传输至电源供给单元进行倍增
处理，电压得以提升以驱动主控制单元102工作。
示例性方法一
如图4所示为本发明中示例性实施方式的用于采集油气井数据的方法，该方法与上述
音频通信设备的工作原理相对应，包括：
步骤S41，接收第一音频信号。
可选地，该步骤是接收移动设备200发送的第一音频信号。
步骤S42，将第一音频信号解码生成油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数。
可选地，该步骤是采用FSK解调方法将第一音频信号解码生成油气井数据的类型、测
量油气井数据所需的参数。
步骤S43，基于Zigbee协议将油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数生成报文
并发送。
可选地，该步骤是基于Zigbee协议与用于测量油气井数据的传感器进行无线通信，将
报文发送给传感器300。
步骤S44，接收油气井数据。
可选地，该步骤是接收传感器300发送的油气井数据。
步骤S45，将油气井数据编码成为第二音频信号。
可选地，该步骤是将油气井数据编码成为第二音频信号，包括：采用FSK调制方法将
油气井数据编码成为第二音频信号。
步骤S46，将第二音频信号发送出去。
可选地，该步骤是将第二音频信号发送给移动设备200。
示例性程序
本发明示例性实施方式的移动设备200中存储的应用程序400，可以是适应于在移动设
备200上运行的程序代码。例如当移动设备200是手机时，应用程序400可以是根据手机的
系统(如Android、iOS、FirefoxOS、YunOS、BlackBerry、Windowsphone、symbian、Palm、
BADA、WindowsMobile、ubuntu等)所开发的手机软件程序。
当应用程序400在移动设备200上运行时，用于使移动设备200执行如下处理过程：
步骤1，接收油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数。
可选地，该步骤可以是从移动设备200的键盘、触摸屏、麦克或数据接口等输入油气
井数据的类型、测量油气井数据所需的参数。
具体实施时，为了便于用户通过键盘、触摸屏等输入油气井数据的类型、测量油气井
数据所需的参数，应用程序400可以通过移动终端200的显示屏提供给用户一些可视化的选
择界面或按键输入界面，例如，对应于某种油气井数据类型(如温度、压力、扭矩、功图
等)的选择界面，或，对应于某种参数(如采样点数量、油气井编号)的按键输入界面等
等。
步骤2，将油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数编码成为第一音频信号。
可选地，该步骤可以是采用FSK调制方法将油气井数据的类型、测量油气井数据所需
的参数编码成为第一音频信号。
步骤3，将第一音频信号发送出去。
可选地，该步骤可以是利用该移动设备200自身的音频接口将第一音频信号发送出去。
步骤4，接收第二音频信号。
可选地，该步骤可以是利用该移动设备200自身的音频接口接收第二音频信号。
步骤5，将第二音频信号解码成为油气井数据。
可选地，该步骤可以是采用FSK解调方法将第二音频信号解码成为油气井数据。
步骤6，显示油气井数据。
可选地，该步骤可以是利用移动设备200自身的显示屏显示油气井数据。
示例性方法二
如图5所示为本发明示例性实施方式的另一种用于采集油气井数据的方法，该方法对
应于移动设备200运行应用程序400时所执行的处理过程，包括：
步骤S51，接收油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数。
步骤S52，将油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数编码成为第一音频信号。
可选地，该步骤采用FSK调制方法将油气井数据的类型、测量油气井数据所需的参数
编码成为第一音频信号。
步骤S53，将第一音频信号发送出去。
可选地，该步骤利用一移动设备200的音频接口将第一音频信号发送出去。
步骤S54，接收第二音频信号。
可选地，该步骤利用移动设备200的音频接口接收第二音频信号。
步骤S55，将第二音频信号解码成为油气井数据。
可选地，该步骤采用FSK解调方法将第二音频信号解码成为油气井数据。
步骤S56，显示油气井数据。
可选地，该步骤利用移动设备200的显示屏显示油气井数据。
本发明提供的音频通信设备100可作为移动设备200(存储并运行应用程序300)和油
气田现场各种传感器300的中间媒介，利用音频信号的形式传输油气井数据，使得在油气
田作业现场利用移动设备200方便地采集和处理分析油气井数据得以实现，有利于降低油
气田现场的数据采集成本。本发明适用于任何智能手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设
备，通过音频接头可实现即插即用，实用性强，适用范围广，采用FSK编码方式得到的音
频信号稳定性好、误码率低。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了音频通信设备100的若干单元，但是这种划
分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特
征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步
划分为由多个单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗
示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结
果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个
步骤分解为多个步骤执行。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明
并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合
以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围
内所包括的各种修改和等同布置。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative
logicalblock)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为
清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative
components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软
件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的
应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保
护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元，或装置都可以通过通用处理
器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，
离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。
通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、
微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微
处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类
似的配置来实现。
本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模
块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM
存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形
式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介
中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处
理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存
储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。
在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、
固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒
介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑
存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是
任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不
限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，
或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或
特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读
媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光
纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被
包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射
盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光
学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。