我国石油天然气行业的工作区大多地处荒漠野外，其工作参数的实时采集和监控传输一直是困扰油气生产安全的难题。工作现场的传感器收集到的数据经过信号处理放大、模数转换传给单片机系统的数据存储器，单片机再把数据送回到主控室，再通过分析处理软件对数据进行处理和动态管理。通常现场到主控室的距离在几公里至几十公里之间，怎样把单片机所获得的数据安全可靠的传回主控室就显的尤为重要。单片机输出的都是TTL电平,只能传数米；而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。远距离通信都使用串行通信。这种通信方式使用的数据线少，比并行传输的远，在远距离通信中可以节约通信成本。传统的方法不但传输距离受限制，而且误码率较高。本人通过实验，提出了一种远距离传输方案，传输距离远，误码率低，大大提高了传输效率。

1  通信系统设计

    RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准。RS-232采取不平衡传输方式，发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，其共模抑制能力差，传送距离最大约为15米。只能是点对点通讯，且传输速率低，只适合本地设备之间的通信。RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。它是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。而RS-485标准在RS-422基础上，增加了多点、双向通信能力，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。

2  CRC校验

    CRC校验又称循环冗余码校验。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。由于这种方法取得校验码的方式具有很强的信息覆盖能力，所以它是一种效率极高的错误校验法。

2.1 CRC编码的算法

    设编码前的原始信息多项式为P(x)，P(x)的最高幂次加1等于k；选定的生成多项式为G(x)，G(x)的最高幂次等于r；CRC多项式为R(x)；编码后的带CRC的信息多项式为T(x)。
    发送方编码方法：将P(x)乘以  (即对应的二进制码序列左移r位)，再除以G(x)，所得余式即为R(x)。用公式表示为T(x)=xrP(x)+R(x)。
    接收方解码方法：将T(x)除以G(x)，如果余数为0，则说明传输中无错误发生，否则说明传输有误。
    但对于单片机中的通信口，都只使用异步通信方式，由硬件只能完成奇偶校验，不能由硬件实现CRC编译码、信息打包和零位插入／删除，即不能实现诸如SDLC的协议。但在许多情况下，需要采用这种异步通信方式，而且要求有高的差错控制能力，这就需要用软件实现类似SDLC的规程，以便使用ARQ方式实现差错控制和利用停止--等待方式实现流量控制。其中，最重要的就是用软件实现CRC检错码的编码和译码。

2 .2 CRC检错码的软件实现
    假定在异步通信方式下利用CRC检错码和ARQ方式实现差错控制，利用停止--等待方式实现流控制，采用点对点通信方式．此时，就能以SDLC协议类似的方法实现信息传送．

    图2为组成信息帧格式。其中，信息长度表示信息的字节数，信息就是欲传送的数据字节内容，FCS为帧校验序列，那么发送方发送一帧信息的流程图如图3所示
    用软件实现的CRC算法，其主要优点是突出了一个‘快’字，为了提高校验速度，把参数表和应用程序一起写入单片机的EPROM 内，当进行CRC校验时，对需要发送的每一字节，按上述的方法进行计算，就可得到该字节的校验值。从而提高了速度，较好地克服了，异步传辅中校验和发送时间很不匹配的矛盾。

3  HDB3编解码

    由于距离远,再加上信道干扰和外部干扰,就连纠错码本身也可能出错,故在本实验中又采取了HDB3编码。HDB3码是串行数据传输的一种重要编码方式。和最常用的NRZ码相比，HDB3具有很多优点，例如：消除了NRZ码的直流成分，具有时钟恢复更好的抗干扰性能，这使它更适合于长距离信道传输。

3.1单极性不归零码到HDB3码的变换规则
    ① 先把代码中的l交替地变换为传输码中的+l，-l，+l，-l，⋯．如变换后代码序列连“0”的个数小于4时，此时就是HDB3码。
    ②当 连“0”的个数大于或等于4时，将第4个“0”改为与前一非“0”(±1)符号同极性的“V”符号。
    ③ 为了使“V”符号相邻交替，相邻“V”之间非“0”(±1)符号的个数为偶数时，再将4个“0”的第一个“0”变为“B”，“B”的符号与前一非“0”(±1)相反(即保证后面“V”与“B”符号相同)，并让后面的非“0”(±1)符号从“V”符号开始交替变化。

3.2 DS2153Q应用设计
    DS2153Q是Dallas公司生产的T1/E1收发芯片。该芯片能完成NRZ码和HDB3码间的相互转换。而且在片内集成了接受NRZ码的数据时钟恢复电路。因而更利于后级接收电路。片内D/A能够实现G.703标准的输出波形，适用于75Ω和120Ω特性阻抗的双绞线，并且具有完善的数据流状态监测功能，可以实时指示数据流的传输状况。
    图4是该码制转换器的结构框图。单片机外围的 µP监控电路IMP813L的作用是提高码制转换器的抗干扰能力和可靠性。其中，DS2153Q的并行数据／地址线与单片机的PO口相连，片选信号选用单片机的P2．0口，单片机的读写信号与DS2153Q的读写信号相连，同时DS2153Q的，两个中断申请线与单片机的INTO和INT1相连，这样DS2153Q可以通过中断方式及时得知单片机自身的工作状态，从而实现单片机对DS2153Q的控制和状态监控。该码制转换器选用IMP813L作为µp监控电路，以实现可靠地上电复位和看门狗控制。

5  组网布线

    RS-485支持128个节点，因此多节点构成网络。网络拓扑采用终端匹配的总线型结构。本系统选用屏蔽双绞线。在构建网络时，应注意如下几点：

    1）从总线到每个节点的引出线长度应尽量短；
    2）应注意总线特性阻抗的连续性；
    3）对高阻型共模干扰，必须要有一条低阻的信号地；当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。可采取以下措施：a.如果干扰源内阻不是非常小，可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。b.采用浮地技术，隔断接地环路。c.采用隔离接口。
    以上只是对低频干扰有保护作用，对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。高频瞬态干扰可以采用以下方法加以保护：1．隔离保护方法；2．旁路保护方法。

6 结论

    本方法经过实验验证,在远距离的情况下,提高了信号传输质量, 能够保证信号稳定可靠的传输,而不出现误码或者通信中断等情况。该研究成果不仅可以用于油气管线现场数据的采集传输，而且同样也能应用于一般的工业控制现场，成本低，现场布线组网也简单。