海底智能封堵器水聲通信系統(tǒng)的設(shè)計
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此通訊系統(tǒng)分為水上收／發(fā)和水下收／發(fā)通訊系統(tǒng)兩部分。水上部分由計算機、Modem、收／發(fā)濾波放大電路和雙向換能器組成，水下部分由水下雙向換能器、收／發(fā)放大濾波電路、水聲／ELF轉(zhuǎn)換電路和ELF-Modem+單片機控制系統(tǒng)組成。因為信號均為收／發(fā)雙向傳遞，所以采用雙向換能器，雙向換能器內(nèi)部既有發(fā)射器又有水聽器，既可發(fā)送聲波信號又可接收聲波信號。經(jīng)過調(diào)研和選型，筆者采用的水聲發(fā)射換能器是淺海圓柱型壓電陶瓷換能器FSQ-37。
Modem將計算機指令信息調(diào)制成換能器工作頻帶上的電信號，此電信號經(jīng)過功率放大后送給水上雙向換能器發(fā)射，經(jīng)換能器發(fā)射后變?yōu)槁暡ㄐ盘栐谒袀鬏?，水下雙向換能器接收到聲波信號后再將其轉(zhuǎn)換為電信號，由于信號在水中傳輸?shù)倪^程中會有所衰減，并伴隨著一些干擾，所以這個轉(zhuǎn)換后的電信號必須經(jīng)過放大濾波后再經(jīng)水聲／ELF轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成ELF電磁波信號發(fā)射，ELF電磁波信號可穿透泥土、海水和管壁被管道內(nèi)的ELF-Modem+單片機控制系統(tǒng)所接收，經(jīng)ELF-Modem解調(diào)后變成邏輯電平指令送給單片機，單片機將收到的指令解析后控制封堵器完成各種動作，這樣就完成了一次信號的單向傳輸。
此外，封堵器在執(zhí)行指令過程中，其上的傳感器將檢測到的信號傳送給單片機，管道內(nèi)的單片機將這些溫度、壓力和封堵器狀態(tài)等數(shù)據(jù)送回海上的計算機進行監(jiān)測和計算，這樣計算機就可以了解封堵器的運行情況，并根據(jù)反饋信號隨時調(diào)整控制指令。這個信息的傳送過程是先由單片機將邏輯電信號送給ELF-Modem，經(jīng)ELF-Modem調(diào)制后變?yōu)镋LF電磁波穿過管壁，被水聲／ELF轉(zhuǎn)換電路接收后轉(zhuǎn)換為換能器工作頻帶上的電信號，此電信號再經(jīng)過功率放大后送給水下雙向換能器，發(fā)射器發(fā)射的聲波信號由下至上在水中傳輸，到達水上后被水上的換能器接收并變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過放大送給Modem解調(diào)后再送給計算機，完成由海底到海面的單方向傳輸。為實現(xiàn)全雙工的傳輸，水聲和ELF通訊都分別使用雙信道進行通訊，即收／發(fā)采用不同的信道。
水聲通訊的關(guān)鍵在于實現(xiàn)基于Modem的水聲調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以便可靠地收／發(fā)數(shù)據(jù)。在通訊系統(tǒng)方案確定之后，進行水試試驗找到最佳發(fā)射、接收頻率作為水下通信傳輸?shù)妮d波頻率。水上PC機的人機交互程序和串行通信程序采用Visual Basic 6．0編寫。采用FSK方式傳送數(shù)字信息控制載波的頻率，將數(shù)字信息調(diào)制到水聲換能器的工作頻帶上，推動水聲換能器把電能轉(zhuǎn)化為聲波發(fā)射出去。
2 通信試驗線路的搭建
考慮到自制一個Modem不僅要重新設(shè)計和調(diào)試電路，而且還要編寫復(fù)雜的通訊協(xié)議，因此通訊所用的Modem為TP-LINK的TM-EC5658V外置式Modem，這種Modem技術(shù)成熟，編程方便，編寫計算機到Modem之間的通訊程序，可利用Ⅶ中的MSComm控件來實現(xiàn)。又由于這種Modem的通訊協(xié)議是開放式的，因此即使是用單片機也可較容易地編寫單片機至Modem之間的通訊程序。雖然使用成品的Modem給編程帶來了方便，但是由于成品的Modem的工作載頻在300～3400Hz，一般采用FSK調(diào)制方法時，用特殊的音頻范圍來區(qū)別發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。如調(diào)頻Modem發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的二進制邏輯信號被指定的專用頻率是：發(fā)送時信號邏輯0的頻率為1070Hz，信號邏輯1的頻率為1270Hz，接收時信號邏輯0的頻率為2025Hz，信號邏輯1的頻率為2225Hz。這樣的調(diào)制頻率與換能器的工作頻帶相差較遠，本文所選用的FSQ-37換能器的頻帶寬度在20～46kHz之間，很明顯，從Modem出來的載波信號不能直接送給換能器，必須經(jīng)過變頻后轉(zhuǎn)換到換能器的工作頻帶，再經(jīng)過放大濾波后送給換能器轉(zhuǎn)換為聲波信號進行發(fā)射。因此在Modem和濾波放大電路之間還要設(shè)計一個變頻器用來轉(zhuǎn)換Modem和換能器的發(fā)射頻率?？紤]到以上因素后海上部分的通訊鏈路的搭建如圖4所示：本文引用地址：http://2s4d.com/article/156476.htm
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