海底智能封堵器水聲通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
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(jì)算機(jī)、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(jī)控制系統(tǒng)組成。因?yàn)樾盘?hào)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(tīng)器，既可發(fā)送聲波信號(hào)又可接收聲波信號(hào)。經(jīng)過(guò)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(jì)算機(jī)指令信息調(diào)制成換能器工作頻帶上的電信號(hào)，此電信號(hào)經(jīng)過(guò)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?hào)在水中傳輸，水下雙向換能器接收到聲波信號(hào)后再將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由于信號(hào)在水中傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有所衰減，并伴隨著一些干擾，所以這個(gè)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)必須經(jīng)過(guò)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(hào)發(fā)射，ELF電磁波信號(hào)可穿透泥土、海水和管壁被管道內(nèi)的ELF-Modem+單片機(jī)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(jī)，單片機(jī)將收到的指令解析后控制封堵器完成各種動(dòng)作，這樣就完成了一次信號(hào)的單向傳輸。
此外，封堵器在執(zhí)行指令過(guò)程中，其上的傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳送給單片機(jī)，管道內(nèi)的單片機(jī)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(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)算，這樣計(jì)算機(jī)就可以了解封堵器的運(yùn)行情況，并根據(jù)反饋信號(hào)隨時(shí)調(diào)整控制指令。這個(gè)信息的傳送過(guò)程是先由單片機(jī)將邏輯電信號(hào)送給ELF-Modem，經(jīng)ELF-Modem調(diào)制后變?yōu)镋LF電磁波穿過(guò)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(hào)，此電信號(hào)再經(jīng)過(guò)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(hào)由下至上在水中傳輸，到達(dá)水上后被水上的換能器接收并變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)放大送給Modem解調(diào)后再送給計(jì)算機(jī)，完成由海底到海面的單方向傳輸。為實(shí)現(xiàn)全雙工的傳輸，水聲和ELF通訊都分別使用雙信道進(jìn)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(shí)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(jìn)行水試試驗(yàn)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(jī)的人機(jī)交互程序和串行通信程序采用Visual Basic 6．0編寫(xiě)。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(dòng)水聲換能器把電能轉(zhuǎn)化為聲波發(fā)射出去。
2 通信試驗(yàn)線路的搭建
考慮到自制一個(gè)Modem不僅要重新設(shè)計(jì)和調(diào)試電路，而且還要編寫(xiě)復(fù)雜的通訊協(xié)議，因此通訊所用的Modem為T(mén)P-LINK的TM-EC5658V外置式Modem，這種Modem技術(shù)成熟，編程方便，編寫(xiě)計(jì)算機(jī)到Modem之間的通訊程序，可利用Ⅶ中的MSComm控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。又由于這種Modem的通訊協(xié)議是開(kāi)放式的，因此即使是用單片機(jī)也可較容易地編寫(xiě)單片機(jī)至Modem之間的通訊程序。雖然使用成品的Modem給編程帶來(lái)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(shí)，用特殊的音頻范圍來(lái)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(jìn)制邏輯信號(hào)被指定的專用頻率是：發(fā)送時(shí)信號(hào)邏輯0的頻率為1070Hz，信號(hào)邏輯1的頻率為1270Hz，接收時(shí)信號(hào)邏輯0的頻率為2025Hz，信號(hào)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(yuǎn)，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(lái)的載波信號(hào)不能直接送給換能器，必須經(jīng)過(guò)變頻后轉(zhuǎn)換到換能器的工作頻帶，再經(jīng)過(guò)放大濾波后送給換能器轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。因此在Modem和濾波放大電路之間還要設(shè)計(jì)一個(gè)變頻器用來(lái)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://www.ex-cimer.com/article/156476.htm
評(píng)論