試論基于電力載波的水下數據傳輸技術

虞江波

摘要：本文對水下數據傳輸技術原理、水下電力載波數據傳輸技術的發展方向進行分析，通過系統軟件整體方案設計、串口通信程序、數據采集、SPI通信設置、載波通信程序等方面對水下數據傳輸技術在電力載波基礎下的應用進行深入探討，希望能為相關人士提供有效參考。

Abstract： This paper analyzes the principle of underwater data transmission technology and the development direction of underwater power carrier data transmission technology. Through system software overall scheme design， serial communication program， data acquisition， SPI communication setup， carrier communication program， etc. the application of data transmission technology on the basis of power carrier is discussed in depth， and it is hoped to provide effective reference for relevant people.

關鍵詞：復合電液;電力載波;通信程序

Key words： composite electro-hydraulic;power carrier;communication procedure

中圖分類號：TE95? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0209-02

0? 引言

現階段，石油水下生產過程中會使用專業的電力載波水下通信系統，不僅實現了對于水下通訊的傳輸，還保證采油過程中對整體過程的控制。目前，其發展的總體水平能夠保證石油行業的正常海底生產工作，保障實際的油氣田開發工作，并且經過普遍的應用后證實此項技術有一定的穩定性，有效助力企業的發展。

1? 水下數據傳輸技術原理

時代在不斷的發展，對于能源的需求量也在逐漸的提升，為保證科學技術的進步，需要為其源源不斷的提供大量能源。目前，對于石油行業的生產過程中，正在向深海進行勘探，并且由于近幾年的技術進步，各個國家都已經開始在深海中開采石油。海底的石油區域范圍較廣，其規模遠遠超過陸地，但是海底內部的溫度低，所開采的石油溫度和壓力呈現正比趨勢，海底的井口石油溫度以及壓力與陸地相比有較為明顯的差異，海底情況較為復雜，所以也一定程度上加強了開采的難度。在此環境下，電力載波技術應運而生，可以保證水下有穩定的通信設備和技術，可以實現專業人士的間接操作。

此通信技術主要是借助高頻信號借助電力線的支持，對于對信號以及數據信息進行傳輸，并且主要是利用多種電力調節器能夠有效的將內部信號做以分離處理，并準確的傳達到多種不同的終端設備上，實現控制中心對于各操作部門的直接控制。此項通信技術能夠以電力線為主要的溝通媒介，在此期間不需要額外的信息傳輸通道，不僅可以幫助企業有效節省資金投入量，還會滿足企業對于海底開采遠距離傳輸的需求。此項技術從研發到現在已經實現將近百年的應用，目前還在被普遍的使用，并且不僅是石油行業也會應用在電力企業的發展過程中，為大量的企業提供信息傳輸服務。常規的電力載波通信技術能夠為海底開采中的控制系統和信息傳輸提供嶄新的平臺，并隨著對其性能的改善和調節，還可以拓寬其通訊的路徑。并隨著復合電液控系統的全面應用，提升了對其的應用和傳播，為此技術在海底廣泛的應用提供了便利條件，加強了其信息傳輸的可依賴程度。

2? 水下電力載波數據傳輸技術的發展方向

現階段，對于電力載波的海底信息傳輸的研究主要分布在發達國家，并且現階段研究水平最高的地區是在美國、挪威等國家，其內部的研究小組有先進的設備，以及資金支持，已經開始高速的發展。但是在我國的研發過程中，由于我國早期科研團隊研發受到一些技術和資金上的阻礙，導致此項技術在早期的石油開采過程中，受到一定的限制，不能全面的投入到海底石油開采項目中。當時國內的海底石油開只能借助對于海底數據信息單方面的采集方式進行對整體開采的控制，還不能完全實現海底上下的同時控制和信息的發送，嚴重影響實際的開采效率，同時也會阻礙到我國石油行業總體發展。但是根據近幾年的發展狀況而言，我國的海底石油開采正在不斷更新和調整，目前已經實現了對于傳輸系統的復合型控制，通過電液復合系統的開發，可以滿足管理中心在海上對于海底開采的直接控制，充分展現了實際半雙工信息傳輸方法的實現。目前，由于此項技術具備多種優勢，并且完全滿足于海底石油開采，多個國家都開始對其進行大規模研究，并給經過實踐發現，此項技術仍然還有較大的潛力可以被開采。由于現代技術的進步，促使網絡化和無線化的全面發展，所以根據目前的發展趨勢，此項技術仍然還有被開發的價值[1]。

3? 水下數據傳輸技術在電力載波基礎下的應用

3.1 系統軟件整體方案設計

系統內部的軟件能夠及時的分析海底開采數據以及信息內容，并且是實際開采過程中的主要構成部分，軟件的性能對于總體的系統運作以及對個性能和數據的分析準確程度都會有一定的影響，依照內部結構中的硬件設備和所編寫的系統內容，可以充分的體現實際信息采集和最后信號發送之間的發送以及接受過程。當海底的采集信息被大量的整理之后，就會經由總體的控制器做以分析，并對上傳的大量數據進行整理。利用串接口的設置內部寄存器，通過控制和狀態兩種不同情況的區分，合理的對信息進行全方位的調控，并且會在數據終端的過程中對信息進行收發。在實際的電力載波傳輸系統正常工作時，且內部的設計方式通常會分以下幾種模塊運轉，其中分別為主控單片機數據采集、信息控制中心以及串口通訊程序。在實際運轉的過程中，通常是從單片機控制中心內部進行對于信息數據采集、數據分析、閥門的處理以及最后串口通訊功能，然后再利用載波芯片對信息進行收發工作，并最終實現對于信息的整合。

3.2 串口通信程序

通常情況下，主控單片機的運作過程是經過在系統內部主程序的操作，并經過通電之后會有一定的延遲作用，只有在供電情況較為穩定的狀態下才會實現正常運作。當供電情況進入到正常狀態下時，需要調整的程序會通過內部變量進入到一種初始化的狀態，例如，數據緩沖以及寄存器的歸零狀態。上述情況的產生通常情況下是由于標志位的復位。當程序內部的大量寄存器經過原始配置之后，其中的載波接受信息的狀況以及中斷原因會被再次調查。一旦出現程序接受載波信息之后停止接受的情況時，其中的數據和信息就會被放置到信息的存儲區域，之后再經過串口信息的傳輸狀況對上級的控制中心進行對接，但是當串口所接受到的信息經過上級的控制指令時，內部的數據就會經過事先準備好的程序進行大規模的串接，只要當程序接收到信息數據之后，才會對載波所傳送的數據停止傳輸。在此過程中，一旦出現控制器內部循環操作系統監測到信息傳輸被停止傳輸時嗎，就會中斷整個操作程序。

3.3 數據采集

在系統內部的采油樹管匯沙上方的傳輸信號，通常會經過對主回路的受壓情況以及環回路中的溫度情況的數據信息進行分析和處理。并經過大量的外界信息對電路進行途徑的切換。數據信息的采集過程時經過對于轉換寄存器的調整，從而使其內在的終端轉換為另一種模式。經過系統化采樣之后的回路以及相對應的途徑進行調整，并采用一系列的分析，將逐漸接近于精確結果的數據進行存儲，經過對比之后，會將前十位數據信息進行系統的儲存，繼而產生另一個信息數據并會另原先的請求予以停止處理，經過上述階段的循環，可以保證最后通道內部的數據全部歸零[2]。

3.4 SPI通信設置

水下信息傳輸的過程中，會利用控制中心的單片機以及可以承載的芯片進行有效的串聯，通過此方式的連接較為穩定。SPI通信內部的傳輸過程主要是借助在硬件設施之間搭建多個信息作為基礎的連接裝置，并且內部的模式會根據實際的運轉情況進行一系列轉變，從一個主設備可以向多個移動終端進行多次信息傳輸。此項通信技術不僅僅能夠單方面的傳輸數據，還可以利用主設備內部的信息向外部書寫信息，并且在此基礎上，也可以實現對于信息的雙向傳輸，當主設備和多個移動終端進行多次傳輸信息操作。當進行海底的載波模塊進行處理工作時，主控單元需要利用載波調節技術對單元內部的信息進行讀取，并利用MI200e傳輸有關數據，所以，根據上述情況，可以證明此項技術能夠有效的調節單元間的通訊連接。

3.5 載波通信程序

3.5.1 存儲器配置

通常情況下，在MI200e中會有兩個存儲器作為連接，包括控制寄存器和數據寄存器，在內部的控制寄存器內部包含19個模塊，但是數據寄存器內部的含量較少只有兩個作為處理裝置。在內部的芯片裝置過程中，由于內部的模式配置問題可以保證內部的控制方法，不僅僅會決定其中的主要控制中心中的芯片還會與實際的載波芯片形成一個較為穩定的連接，借助讀寫方式可以將實際的模式與寄存器之間的內容進行連接和存儲，而且還可以在多種時間狀態內對模式配備的狀況進行讀取。與RDSR所下達的指令有所不同，其中的儲存器狀態會由于內部的存儲管理的，導致內部的狀態始終處于可讀取的狀態。在MI200e中的模塊信息通道經常會利用中心的控制系統對內部參數進行管理，并將其中的信號處理裝置進行系統的設置，其內部的讀取地址通常會被分寫成高靈敏度的接受格式，只有當內部的數據為HSB=1時，內部的Mi200e才會接受全部的信號，并且還能夠對較弱的信號進行升級處理，保證實際的通訊質量[3]。

3.5.2 載波軟件程序

保證采集工作的信息數據以及控制系統內部的準確程度，可以在進行載波通訊的過程中進行以下幾點原則處理：第一，在電力載波正常工作的情況下，接受信息的過程都是從外部環境終止的方法進行的。第二，對上為數據內部的控制模塊進行整理，并在此過程中會以一種透明信息傳輸的方式對數據進行傳輸。第三，其內部的接受程序通常會將精準的接受有關數據，并在存儲器接收信息之后主動的轉移到下一個系統進行重復的運作。

4? 結論

綜上所述，在目前的發展狀況而言，雖然電力載波技術已經在石油行業內部被使用將近二十年，但是由于科技水平的進步，此項技術核心點也在不斷的被更新和調整，可以滿足于當前的是石油行業對于海底開采的需要，在水下是一種可靠的通信方式，并且正處于全面發展的階段，能夠支持石油行業的發展。

參考文獻：

[1]張國平.基于NE567的電力載波串口信號傳輸系統的設計[J].價值工程，2017，36（35）：129-130.

[2]楊帥，王子辰，魯紹函.工業機器人電力載波群控通信的設計[J].科技創新與應用，2019（18）：19-21.

[3]李濟川.電力載波通信PLC技術在充電樁建設中的應用[J].集成電路應用，2019，36（06）：53-55.

[4]盧俊，張群飛，史文濤.水下探測通信一體化關鍵技術分析[J].水下無人系統學報，2018，26（05）：470-479.