基于电力线载波通信的油井通信系统

2 系统总体设计
该系统由井下模块和井上模块组成。井下和井上模块都包含通信单元和数据采集处理单元等，其总体框图如图2所示。

MCU负责管理整个模块的工作，其功能之一是接收收发芯片输出的数据，同时也为收发芯片提供发送数据，管理收发芯片的工作。其功能之二是控制传感器完成数据采集。MCU同时还提供了系统复位和看门狗功能防止系统死机现象。
井下和井上数据传输模块之间的数据传输通过电力电缆实现。需要注意电缆的传输特性及其负载，同时进行抗干扰设计。井下数据传输模块完成井下数据的采集、编码和调制，然后通过电力电缆传输到井上，井上数据传输模块接收井下数据，并且完成译码解调和数据计算处理，通过通信口传输到上位机。

3 硬件电路设计
系统采用Intellon公司的高集成度，专门针对电力线载波通信的扩谱通信收发芯片P485。其内部集成了扩谱载波通信收发器、信号整定电路和简化的处理器接口电路，是一种低成本的网络产品，得到了广泛的应用。
其主要技术特点如下：
(1)采用扩谱载波(SSC)通信技术。
(2)速率9 600 bit·s-1。
(3)简化的host接口。
(4)单电源供电。
(5)20脚SOIC封装。
其内部逻辑框图如图3所示。

图4所示为SSC P485电力线载波模块硬件电路图，主要有3部分组成，P485与MCU接口电路、以及P485的发送和接收电路。在发送过程中，收发芯片P485的SO引脚发出的chirps信号经过前置滤波电路滤除高频噪声，在TS三态开关为高时经过功率放大芯片将信号放大后，再通过耦合电路将信号耦合到电力线上发送出去。在接收过程中，通过耦合变压器将电力线传输的扩谱信号分离出来，再经过输入滤波和前置放大器放大到一定电平送给收发芯片。收发芯片对输入信号进行采样、检测、匹配滤波和处理，恢复所传输的数据，并且发送给MCU。

图5所示的是耦合电路的电路图，主要是由电容和耦合线圈T1构成。由于电网的工频(50 Hz)和本系统扩频信号的信号频率(100～400 kHz)相差2 000倍，因此电容和耦合线圈原边电感对于这两种信号的阻抗各不相同。对于工频信号，电容的阻抗远远大于线圈原边电感的阻抗，所以电容承担了电力线上的交流电压；对于扩频信号，线圈原边电感的阻抗远远大于电容的阻抗，所以扩频信号几乎都加在了耦合线圈上。这个电路能把工频信号与扩频信号叠加和分离开来。D1是瞬态抑制二极管，对电路有防浪涌保护作用。