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    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)的實時采集和監(jiān)控傳輸一直是困擾油氣生產(chǎn)安全的難題。工作現(xiàn)場的傳感器收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號處理放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換傳給單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，單片機再把數(shù)據(jù)送回到主控室，再通過分析處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理和動態(tài)管理。通常現(xiàn)場到主控室的距離在幾公里至幾十公里之間，怎樣把單片機所獲得的數(shù)據(jù)安全可靠的傳回主控室就顯的尤為重要。單片機輸出的都是TTL電平,只能傳數(shù)米；而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。遠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，在遠距離通信中可以節(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。本人通過實驗，提出了一種遠距離傳輸方案，傳輸距離遠，誤碼率低，大大提高了傳輸效率。

1  通信系統(tǒng)設計

    RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準。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。只能是點對點通訊，且傳輸速率低，只適合本地設備之間的通信。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個接收器。它是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。而RS-485標準在RS-422基礎(chǔ)上，增加了多點、雙向通信能力，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍。

2  CRC校驗

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

2.1 CRC編碼的算法

    設編碼前的原始信息多項式為P(x)，P(x)的最高冪次加1等于k；選定的生成多項式為G(x)，G(x)的最高冪次等于r；CRC多項式為R(x)；編碼后的帶CRC的信息多項式為T(x)。
    發(fā)送方編碼方法：將P(x)乘以  (即對應的二進制碼序列左移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，則說明傳輸中無錯誤發(fā)生，否則說明傳輸有誤。
    但對于單片機中的通信口，都只使用異步通信方式，由硬件只能完成奇偶校驗，不能由硬件實現(xiàn)CRC編譯碼、信息打包和零位插入／刪除，即不能實現(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控制能力，這就需要用軟件實現(xiàn)類似SDLC的規(guī)程，以便使用ARQ方式實現(xiàn)差錯控制和利用停止--等待方式實現(xiàn)流量控制。其中，最重要的就是用軟件實現(xiàn)CRC檢錯碼的編碼和譯碼。

2 .2 CRC檢錯碼的軟件實現(xiàn)
    假定在異步通信方式下利用CRC檢錯碼和ARQ方式實現(xiàn)差錯控制，利用停止--等待方式實現(xiàn)流控制，采用點對點通信方式．此時，就能以SDLC協(xié)議類似的方法實現(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
    用軟件實現(xiàn)的CRC算法，其主要優(yōu)點是突出了一個‘快’字，為了提高校驗速度，把參數(shù)表和應用程序一起寫入單片機的EPROM 內(nèi)，當進行CRC校驗時，對需要發(fā)送的每一字節(jié)，按上述的方法進行計算，就可得到該字節(jié)的校驗值。從而提高了速度，較好地克服了，異步傳輔中校驗和發(fā)送時間很不匹配的矛盾。

3  HDB3編解碼

    由于距離遠,再加上信道干擾和外部干擾,就連糾錯碼本身也可能出錯,故在本實驗中又采取了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，例如：消除了NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復更好的抗干擾性能，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”的個數(shù)小于4時，此時就是HDB3碼。
    ②當 連“0”的個數(shù)大于或等于4時，將第4個“0”改為與前一非“0”(±1)符號同極性的“V”符號。
    ③ 為了使“V”符號相鄰交替，相鄰“V”之間非“0”(±1)符號的個數(shù)為偶數(shù)時，再將4個“0”的第一個“0”變?yōu)椤癇”，“B”的符號與前一非“0”(±1)相反(即保證后面“V”與“B”符號相同)，并讓后面的非“0”(±1)符號從“V”符號開始交替變化。

3.2 DS2153Q應用設計
    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)時鐘恢復電路。因而更利于后級接收電路。片內(nèi)D/A能夠?qū)崿F(xiàn)G.703標準的輸出波形，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)測功能，可以實時指示數(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)／地址線與單片機的PO口相連，片選信號選用單片機的P2．0口，單片機的讀寫信號與DS2153Q的讀寫信號相連，同時DS2153Q的，兩個中斷申請線與單片機的INTO和INT1相連，這樣DS2153Q可以通過中斷方式及時得知單片機自身的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)單片機對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，以實現(xiàn)可靠地上電復位和看門狗控制。

5  組網(wǎng)布線

    RS-485支持128個節(jié)點，因此多節(jié)點構(gòu)成網(wǎng)絡。網(wǎng)絡拓撲采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)選用屏蔽雙絞線。在構(gòu)建網(wǎng)絡時，應注意如下幾點：

    1）從總線到每個節(jié)點的引出線長度應盡量短；
    2）應注意總線特性阻抗的連續(xù)性；
    3）對高阻型共模干擾，必須要有一條低阻的信號地；當共模干擾源內(nèi)阻較低時，會在接地線上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信。可采取以下措施：a.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。
    以上只是對低頻干擾有保護作用，對于頻率很高的瞬態(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：1．隔離保護方法；2．旁路保護方法。

6 結(jié)論

    本方法經(jīng)過實驗驗證,在遠距離的情況下,提高了信號傳輸質(zhì)量, 能夠保證信號穩(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)場數(shù)據(jù)的采集傳輸，而且同樣也能應用于一般的工業(yè)控制現(xiàn)場，成本低，現(xiàn)場布線組網(wǎng)也簡單。