本发明属于通信领域，具体涉及一种信号增益自适应解码电路及通信系统。
背景技术：
1、传统的电力线直流载波通信系统大都是采用国外的集成载波芯片实现信号的编解码，核心技术不对外公开，且其工作温度仅达到工业级无法满足深井下150℃的高温。且传统的集成载波芯片用在油田上时，集成载波芯片信号增益在出厂时已经固定，在油井中使用的通信设备需要连接单芯电缆，一开始电缆是盘起的这将会产生一个大电感lm，随着设备下井，电缆逐渐展开电感lm将逐渐变小。在设备下井过程变化的电感将造成到达井下信号幅值发生大幅度变化，传统的通信设备仅能在电缆线展开时电感lm对信号的影响足够小的情况下成功通信，无法实现在设备下井的过程实时通信的要求，然而在油田上设备下井的整个过程中要求通信系统要实时通信来验证整个系统连接良好无断路现象。
技术实现思路
1、基于上述问题，本技术采用耐高温的分立器件和mcu设计直流载波通信系统，适应井下高温、空间小的环境。其技术方案为：
2、一种信号增益自适应解码电路，包括高通滤波器、程控放大器、电压跟随器和迟滞比较器；所述高通滤波器与电缆连接，电缆上的直流载波信号经过高通滤波器后将直流电压以及低频干扰滤除，高频载波信号有效通过，高频载波信号通过程控放大器进行放大，电压跟随器增加输入阻抗，降低输出阻抗，信号通过迟滞比较器进行整形，整形后的信号输入微控单元mcu进行解码。
3、优选的，所述高通滤波器包括电容c6、电容c7、电阻r5、电阻r6、二极管d5；所述电容c6一端接电缆，另一端分别连接电容c7、电阻r5和二极管d5的阴极；电容c7的另一端连接电阻r6，电阻r6另一端分别与电阻r5、二极管d5阳极连接后接地。
4、优选的，程控放大器包括mcp芯片和放大器u1,放大器u1的1端口与电阻r42连接后接地；其2端口和3端口分别接r38、r39，r38、r39并联后接电源3.3v,其8端口接电源3.3v，mcp芯片的8端口与4端口之间设有电容c22，且4端口通过电阻r8与放大器u1的负输入端连接; 放大器u1的7端口分别与电容c8、电阻r8、放大器u1的负输入端，放大器u1的6端口分别与电容c8、放大器u1的正输入端连接；放大器u1的正输入端分别与电阻r7、二极管d6的负极连接，二极管d6的正极接地；放大器u1输出端与电压跟随器u2的正向端连接，所述电压跟随器u2的输出端分别与电阻r10、通信设备中的模拟数字转换器adc连接。
5、优选的，迟滞比较器包括比较器u3，所述比较器u3的正向端分别与电阻r10、电阻r14、电容c12连接，电阻r14、电容c12并联与比较器u3输出端连接，比较器u3反向端与电阻r11连接，电阻r11分别与电阻r12、电阻r13、电容c11连接，电阻r12、电容c11并联接地，电阻r13分别接电源、电容c10和比较器u3，电容c10另一端接地。
6、一种信号增益自适应解码电路的通信系统，包括工控机、通信主机、通信从机以及井下测控设备；所述通信主机、通信从机均设有解码电路；工控机将指令发送给通信主机，通信主机通过编码模块将指令编码为载波信号，通过电缆发送至通信从机，通信从机通过其解码电路接收载波信号并解码，然后将指令发送给井下测控设备，井下测控设备将采集的数据发送至通信从机，通信从机利用电缆将信号发送给通信主机，通信主机通过器解码电路接收载波信号并解码，将信号发送至工控机，实现信息的双向传输。
7、优选的，为保证正常通信构建电缆盘缠电感模型，根据通信从机信号的期望电压幅值可得从通信从机解码电路信号的理论增益，具体步骤如下：
8、假设电缆盘缠造成电感值记为lm，电缆的直径为 d，电缆轴宽 m，高 h；设其电缆总长度为 l，共在轴上绕了 n层，一共绕了匝，由于轴高 h，电缆直径为 d，所以每层匝数为，；
9、电缆轴第 n层到轴心的距离记为r:
10、 ；
11、电缆轴第 n层每匝电缆长度记为：
12、 ；
13、电缆轴第 n层总长度记为：
14、 ；
15、电缆线总长记为 l：
16、 ；
17、将代入上式可得：
18、 ；
19、通信主机记为a点 发出的信号幅值为，通信从机记为b点，接收到的信号记为，衰减倍数为g，
20、；
21、其中，为地面装置等效电容；为地面电源的等效接地电阻；为缆线电阻；为通信从机的等效电容；为通信从机的等效电容；为信号的角频率；
22、井下通信从机的信号增益为k，地面通信主机发出的信号幅值记为，期望到达通信从机的信号幅值记为，k与衰减倍数g之间的关系式如下：
23、 ；
24、令到达通信从机的信号幅值在解码阈值t与ttl高电平e之间，那么信号增益 k的范围如下：
25、 ；
26、通信从机的解码电路根据衰减倍数g 进行信号增益调节，保证正常通信。
27、优选的，电缆盘缠电感的信号增益自适应过程为：
28、步骤一、由初始盘绕电缆估计信号初始增益 a 0；
29、步骤二、上电后，在初始增益的基础上推算精准信号增益；
30、步骤三、电缆及通信从机下井，根据盘绕电感模型实时调整信号增益使信号保持在设定值，保持通信；
31、步骤四、电缆及通信从机到达井下指定位置，重新上电，通信从机获得精确的信号增益。
32、优选的，通信从机自适应调节过程为：
33、步骤一、通信从机的adc采集到程控放大器输出的信号幅值h，判断h是否在解码阈值t与e之间，若不在则需要重新调整程控放大器增益，首先计算当前信号在程控放大器之前的幅值为， a n当前程控放大器的增益；若期望放大后的幅值为3v那么下一时刻应当设置的程控放大器信号增益；
34、步骤二、判断是否接收到通信主机命令，若“是”，进行步骤三；若“否”返回步骤一；
35、步骤三、判断通信从机自适应时间结束是否结束；若“是”，进行步骤四；
36、步骤四、通信从机回复握手命令；
37、步骤五：判断通信主机自适应时间是否结束，若“是”，进入正常工作状态；若“否”，返回步骤四。
38、优选的，通信主机自适应调节过程为：
39、步骤一、下发广播命令；
40、步骤二、判断通信从机自适应时间结束是否结束；若“是”进行第三步，若“否”返回步骤一；
41、步骤三、通信主机的adc采集到程控放大器输出的信号幅值h，判断h是否在解码阈值t与e之间，若不在则需要重新调整程控放大器增益，首先计算当前信号在程控放大器之前的幅值为，若期望放大后的幅值为3v那么下一时刻应当设置的程控放大器信号增益；
42、步骤四、判断是否接收到通信从机回复，若“是”，进行步骤五；若“否”返回步骤三；
43、步骤五、判断通信从机自适应时间结束是否结束？若“是”，进行步骤四；若“否”返回步骤三；
44、步骤六：通信主机自适应时间结束候进入正常工作状态。
45、优选的，通信主机和通信从机利用矩形波的上升沿间的时间间隔传递信息，上升沿时间间隔160代表起始位，120代表数据“1”，80代表数据“0”。
46、与现有技术相比，本技术有益效果如下：
47、1.基于盘缠电感模型和程控放大器解码电路，解决了设备下井过程难以完全通信的问题，避免了设备下至井底才发现问题而打捞设备的巨额经济损失。
48、2.针对不同油井不同的电缆长度、材质、设备下至井底指定位置后电缆受到不同程度的拉伸以及井下不同深度温度差距较大等因素造成的信号幅值的变化问题，设计了断电重启负载自适应程序算法，在指令粗调信号增益的基础上设置更精确的信号增益来降低通信系统的误码率提高可靠性。
49、3.当设备下放至油井的指定位置之后，系统断电重启，会触发通信系统的负载自适应程序，针对不同的油井环境，根据adc采集的信号幅值与解码阈值在指令粗调信号增益的基础上设置更加精确的信号增益来降低通信的误码率提高通信的可靠性。
1.一种信号增益自适应解码电路，其特征在于，包括高通滤波器、程控放大器、电压跟随器和迟滞比较器；所述高通滤波器与电缆连接，电缆上的直流载波信号经过高通滤波器后将直流电压以及低频干扰滤除，高频载波信号有效通过，高频载波信号通过程控放大器进行放大，电压跟随器增加输入阻抗，降低输出阻抗，信号通过迟滞比较器进行整形，整形后的信号输入微控单元mcu进行解码。
2.根据权利要求1所述的一种信号增益自适应解码电路，其特征在于，所述高通滤波器包括电容c6、电容c7、电阻r5、电阻r6、二极管d5；所述电容c6一端接电缆，另一端分别连接电容c7、电阻r5和二极管d5的阴极；电容c7的另一端连接电阻r6，电阻r6另一端分别与电阻r5、二极管d5阳极连接后接地。
3.根据权利要求1所述的一种信号增益自适应解码电路，其特征在于，程控放大器包括mcp芯片和放大器u1,放大器u1的1端口与电阻r42连接后接地；放大器u1的2端口和3端口分别接r38、r39，r38、r39并联后接电源3.3v, 放大器u1的8端口接电源3.3v，mcp芯片的8端口与4端口之间设有电容c22，且4端口通过电阻r8与放大器u1的负输入端连接; 放大器u1的7端口分别与电容c8、电阻r8、放大器u1的负输入端，放大器u1的6端口分别与电容c8、放大器u1的正输入端连接；放大器u1的正输入端分别与电阻r7、二极管d6的负极连接，二极管d6的正极接地；放大器u1输出端与电压跟随器u2的正向端连接，所述电压跟随器u2的输出端分别与电阻r10、通信设备中的模拟数字转换器adc连接。
4.根据权利要求1所述的一种信号增益自适应解码电路，其特征在于，迟滞比较器包括比较器u3，所述比较器u3的正向端分别与电阻r10、电阻r14、电容c12连接，电阻r14、电容c12并联与比较器u3输出端连接，比较器u3反向端与电阻r11连接，电阻r11分别与电阻r12、电阻r13、电容c11连接，电阻r12、电容c11并联接地，电阻r13分别接电源、电容c10和比较器u3，电容c10另一端接地。
5.一种采用权利要求1-4任一所述的信号增益自适应解码电路的通信系统，其特征在于，包括工控机、通信主机、通信从机以及井下测控设备；所述通信主机、通信从机均设有解码电路；工控机将指令发送给通信主机，通信主机通过编码模块将指令编码为载波信号，通过电缆发送至通信从机，通信从机通过其解码电路接收载波信号并解码，然后将指令发送给井下测控设备，井下测控设备将采集的数据发送至通信从机，通信从机利用电缆将信号发送给通信主机，通信主机通过器解码电路接收载波信号并解码，将信号发送至工控机，实现信息的双向传输。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，电缆在下井过程中信号是衰减的，为保证正常通信构建电缆盘缠电感模型，根据通信从机信号的期望电压幅值可得从通信从机解码电路信号的理论增益，具体步骤如下：
7.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，电缆盘缠电感的信号增益自适应过程为：
8.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，通信从机自适应调节过程为：
9.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，通信主机自适应调节过程为：
10.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，通信主机和通信从机利用矩形波的上升沿间的时间间隔传递信息，上升沿时间间隔160代表起始位，120代表数据“1”，80代表数据“0”。
