電力線載波油井通信系統(tǒng)
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2．2 PIC18控制模塊與載波模塊電路設計
如圖2所示，該電路由6個部分組成，它們集中在一塊電路板上。單片機與SSCP485之間的通信，通過單片機串口和某些IO端口實現(xiàn)，SSC P485的4 MHz時鐘輸出提供單片機的時鐘。在接收模式下，模擬信號通過電力線耦合，經(jīng)過接收回路將信號傳輸?shù)絊SCP485，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號讓單片機讀??；在發(fā)送模式下，單片機將所要發(fā)送的數(shù)字信號通過寫命令將數(shù)據(jù)寫入SSCP485，在下個時鐘脈沖到來時，SSCP4 85將數(shù)字信號調(diào)制為模擬信號，以Chirp波形輸出，通過輸入帶通濾波將干擾濾除后，再通過信號放大電路將信號幅值放大，最后由耦合器耦合到電力線上。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/154879.htm
井下通信模塊的MCU程序完成以下主要功能：
(1)采用單片機的ADC數(shù)字化采集系統(tǒng)，對各類傳感器進行信號采集、處理、監(jiān)測。
(2)對發(fā)送信號進行糾錯編碼，編碼類型選擇BCH。
(3)向擴頻載波芯片傳送數(shù)據(jù)。
(4)控制通信模塊SCCP485工作和系統(tǒng)的工作。
(5)井上通信模塊MCU程序完成：接收信息數(shù)據(jù)包、對接收進行解碼、恢復各傳感器數(shù)據(jù)。
(6)對井下傳感器的采集數(shù)據(jù)處理計算，將壓力和溫度轉(zhuǎn)換為液面高度，并且進行記錄。
(7)將液面高度和井下傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)打包，傳送到上位機。
3 耦合電路
3．1 低壓電力線網(wǎng)絡噪聲
低壓電力線系統(tǒng)上的噪聲較為復雜，不僅因為它是一個時變系統(tǒng)，而且會因接入不同的電器對系統(tǒng)的信號產(chǎn)生回波、駐波、諧振等影響。低壓電力線上的噪聲可分為以下幾類：
(1)有色背景噪聲。是由電力線上許多小功率噪聲源疊加而產(chǎn)生的干擾，是一種隨時間緩慢變化的隨機干擾，其功率譜密度(PSD)隨頻率的增加而降低。
(2)窄帶噪聲。是一種頻帶很窄的噪聲，多為調(diào)幅的正弦信號，主要由中短波廣播信號的干擾而產(chǎn)生，其強度在24h內(nèi)變化。
(3)與工頻異步的周期脈沖噪聲。這種噪聲主要由開關電源產(chǎn)生，大部分按50～200 kHz頻率重復，在頻域上是一些離散譜，而這些頻率上的噪聲與Chirp波形同處于一個頻帶內(nèi)。在實驗初期，通過電力線傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)常產(chǎn)生誤碼，主要就是第3種類型的干擾導致。通過FFT分析發(fā)現(xiàn)，這種高頻噪聲分布在100～400 kHz之間，而且幅度較大，使信噪比低于0．5。
如圖3所示，有劇烈抖動的曲線信號為從1：1耦合器次級測得的市電干擾。試驗中，將市電經(jīng)過簡單的高通濾波器，濾除50 Hz及其諧波的干擾，發(fā)現(xiàn)仍有高頻噪聲，此即周期脈沖干擾。下側(cè)圖像為其FFT，兩根粗垂線之間代表100～400 kHz頻帶，可見，周期脈沖噪聲與Chirp信號處于同一頻帶范圍內(nèi)，所以該噪聲會使信號產(chǎn)生亂碼。
3．2 耦合電路設計
為消除周期脈沖的干擾，針對其頻率設計了專門的耦合電路，如圖4所示，由兩部分組成，分別是預濾波電路和高通濾波電路。
首先介紹RC電路：C2為1μf電容，耐壓為270 V；R3為1 MΩ；功率為100 W。在加市電信號后，電容將50 Hz及其諧波等低頻部分保留到RC網(wǎng)絡上，將高頻部分傳遞至變壓器原級。但RC電路不能完全消除高頻噪聲，所以需要加入預濾波電路。
預濾波電路在市電接入前放置，也就是電力線與通信系統(tǒng)接觸前，通過一個RC低通濾波網(wǎng)絡，這可在市電作為通信信號載體之前，將其固有的周期脈沖噪聲濾除，而且對后續(xù)的系統(tǒng)工作不會產(chǎn)生負面影響，低通濾波器的頻域分析如圖5所示。
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