我國石油天然氣行業(yè)的工作區(qū)大多地處荒漠野外，其工作參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控傳輸一直是困擾油氣生產(chǎn)安全的難題。工作現(xiàn)場(chǎng)的傳感器收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號(hào)處理放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，單片機(jī)再把數(shù)據(jù)送回到主控室，再通過分析處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和動(dòng)態(tài)管理。通?，F(xiàn)場(chǎng)到主控室的距離在幾公里至幾十公里之間，怎樣把單片機(jī)所獲得的數(shù)據(jù)安全可靠的傳回主控室就顯的尤為重要。單片機(jī)輸出的都是TTL電平,只能傳數(shù)米；而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過10英尺的距離就不適合了。遠(yuǎn)距離通信都使用串行通信。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，比并行傳輸?shù)倪h(yuǎn)，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本。傳統(tǒng)的方法不但傳輸距離受限制，而且誤碼率較高。本人通過實(shí)驗(yàn)，提出了一種遠(yuǎn)距離傳輸方案，傳輸距離遠(yuǎn)，誤碼率低，大大提高了傳輸效率。

1  通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，其共模抑制能力差，傳送距離最大約為15米。只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，且傳輸速率低，只適合本地設(shè)備之間的通信。RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺，并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。它是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。而RS-485標(biāo)準(zhǔn)在RS-422基礎(chǔ)上，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍。

2  CRC校驗(yàn)

    CRC校驗(yàn)又稱循環(huán)冗余碼校驗(yàn)。它是利用除法及余數(shù)的原理來作錯(cuò)誤偵測(cè)的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送裝置計(jì)算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收裝置，接收裝置對(duì)收到的數(shù)據(jù)重新計(jì)算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個(gè)CRC值不同，則說明數(shù)據(jù)通訊出現(xiàn)錯(cuò)誤。由于這種方法取得校驗(yàn)碼的方式具有很強(qiáng)的信息覆蓋能力，所以它是一種效率極高的錯(cuò)誤校驗(yàn)法。

2.1 CRC編碼的算法

    設(shè)編碼前的原始信息多項(xiàng)式為P(x)，P(x)的最高冪次加1等于k；選定的生成多項(xiàng)式為G(x)，G(x)的最高冪次等于r；CRC多項(xiàng)式為R(x)；編碼后的帶CRC的信息多項(xiàng)式為T(x)。
    發(fā)送方編碼方法：將P(x)乘以  (即對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼序列左移r位)，再除以G(x)，所得余式即為R(x)。用公式表示為T(x)=xrP(x)+R(x)。
    接收方解碼方法：將T(x)除以G(x)，如果余數(shù)為0，則說明傳輸中無錯(cuò)誤發(fā)生，否則說明傳輸有誤。
    但對(duì)于單片機(jī)中的通信口，都只使用異步通信方式，由硬件只能完成奇偶校驗(yàn)，不能由硬件實(shí)現(xiàn)CRC編譯碼、信息打包和零位插入／刪除，即不能實(shí)現(xiàn)諸如SDLC的協(xié)議。但在許多情況下，需要采用這種異步通信方式，而且要求有高的差錯(cuò)控制能力，這就需要用軟件實(shí)現(xiàn)類似SDLC的規(guī)程，以便使用ARQ方式實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制和利用停止--等待方式實(shí)現(xiàn)流量控制。其中，最重要的就是用軟件實(shí)現(xiàn)CRC檢錯(cuò)碼的編碼和譯碼。

2 .2 CRC檢錯(cuò)碼的軟件實(shí)現(xiàn)
    假定在異步通信方式下利用CRC檢錯(cuò)碼和ARQ方式實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制，利用停止--等待方式實(shí)現(xiàn)流控制，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式．此時(shí)，就能以SDLC協(xié)議類似的方法實(shí)現(xiàn)信息傳送．

    圖2為組成信息幀格式。其中，信息長度表示信息的字節(jié)數(shù)，信息就是欲傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)內(nèi)容，F(xiàn)CS為幀校驗(yàn)序列，那么發(fā)送方發(fā)送一幀信息的流程圖如圖3所示
    用軟件實(shí)現(xiàn)的CRC算法，其主要優(yōu)點(diǎn)是突出了一個(gè)‘快’字，為了提高校驗(yàn)速度，把參數(shù)表和應(yīng)用程序一起寫入單片機(jī)的EPROM 內(nèi)，當(dāng)進(jìn)行CRC校驗(yàn)時(shí)，對(duì)需要發(fā)送的每一字節(jié)，按上述的方法進(jìn)行計(jì)算，就可得到該字節(jié)的校驗(yàn)值。從而提高了速度，較好地克服了，異步傳輔中校驗(yàn)和發(fā)送時(shí)間很不匹配的矛盾。

3  HDB3編解碼

    由于距離遠(yuǎn),再加上信道干擾和外部干擾,就連糾錯(cuò)碼本身也可能出錯(cuò),故在本實(shí)驗(yàn)中又采取了HDB3編碼。HDB3碼是串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要編碼方式。和最常用的NRZ碼相比，HDB3具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：消除了NRZ碼的直流成分，具有時(shí)鐘恢復(fù)更好的抗干擾性能，這使它更適合于長距離信道傳輸。

3.1單極性不歸零碼到HDB3碼的變換規(guī)則
    ① 先把代碼中的l交替地變換為傳輸碼中的+l，-l，+l，-l，⋯．如變換后代碼序列連“0”的個(gè)數(shù)小于4時(shí)，此時(shí)就是HDB3碼。
    ②當(dāng) 連“0”的個(gè)數(shù)大于或等于4時(shí)，將第4個(gè)“0”改為與前一非“0”(±1)符號(hào)同極性的“V”符號(hào)。
    ③ 為了使“V”符號(hào)相鄰交替，相鄰“V”之間非“0”(±1)符號(hào)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，再將4個(gè)“0”的第一個(gè)“0”變?yōu)椤癇”，“B”的符號(hào)與前一非“0”(±1)相反(即保證后面“V”與“B”符號(hào)相同)，并讓后面的非“0”(±1)符號(hào)從“V”符號(hào)開始交替變化。

3.2 DS2153Q應(yīng)用設(shè)計(jì)
    DS2153Q是Dallas公司生產(chǎn)的T1/E1收發(fā)芯片。該芯片能完成NRZ碼和HDB3碼間的相互轉(zhuǎn)換。而且在片內(nèi)集成了接受NRZ碼的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路。因而更利于后級(jí)接收電路。片內(nèi)D/A能夠?qū)崿F(xiàn)G.703標(biāo)準(zhǔn)的輸出波形，適用于75Ω和120Ω特性阻抗的雙絞線，并且具有完善的數(shù)據(jù)流狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，可以實(shí)時(shí)指示數(shù)據(jù)流的傳輸狀況。
    圖4是該碼制轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。單片機(jī)外圍的 µP監(jiān)控電路IMP813L的作用是提高碼制轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力和可靠性。其中，DS2153Q的并行數(shù)據(jù)／地址線與單片機(jī)的PO口相連，片選信號(hào)選用單片機(jī)的P2．0口，單片機(jī)的讀寫信號(hào)與DS2153Q的讀寫信號(hào)相連，同時(shí)DS2153Q的，兩個(gè)中斷申請(qǐng)線與單片機(jī)的INTO和INT1相連，這樣DS2153Q可以通過中斷方式及時(shí)得知單片機(jī)自身的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)DS2153Q的控制和狀態(tài)監(jiān)控。該碼制轉(zhuǎn)換器選用IMP813L作為µp監(jiān)控電路，以實(shí)現(xiàn)可靠地上電復(fù)位和看門狗控制。

5  組網(wǎng)布線

    RS-485支持128個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)選用屏蔽雙絞線。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

    1）從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短；
    2）應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性；
    3）對(duì)高阻型共模干擾，必須要有一條低阻的信號(hào)地；當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較低時(shí)，會(huì)在接地線上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信?？刹扇∫韵麓胧篴.如果干擾源內(nèi)阻不是非常小，可以在接地線上加限流電阻以限制干擾電流。b.采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。c.采用隔離接口。
    以上只是對(duì)低頻干擾有保護(hù)作用，對(duì)于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無能為力了。高頻瞬態(tài)干擾可以采用以下方法加以保護(hù)：1．隔離保護(hù)方法；2．旁路保護(hù)方法。

6 結(jié)論

    本方法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在遠(yuǎn)距離的情況下,提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量, 能夠保證信號(hào)穩(wěn)定可靠的傳輸,而不出現(xiàn)誤碼或者通信中斷等情況。該研究成果不僅可以用于油氣管線現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集傳輸，而且同樣也能應(yīng)用于一般的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，成本低，現(xiàn)場(chǎng)布線組網(wǎng)也簡單。