海底智能封堵器水聲通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在圖5中，海底的換能器將收到的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)濾波放大后送給變頻器轉(zhuǎn)換為Modem的載頻信號(hào)，Modem將收到信號(hào)解調(diào)后送至單片機(jī)，完成一次單項(xiàng)數(shù)據(jù)信息傳輸。從單片機(jī)向計(jì)算機(jī)逆向傳輸信息的原理與上述原理相同，只是信息的發(fā)起端不同而已。

3 單片機(jī)的選型
由于海底封堵維修工作時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間、供電條件限制等制約因素，因此單片機(jī)的選型，主要從單片機(jī)工作的可靠性、節(jié)能性、工作速度和通訊接口的設(shè)計(jì)出發(fā)。經(jīng)過調(diào)研選擇ATMEL公司的ATmega系列高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmegal69，ATmega169具有以下特性：
(1)先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)。130條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期；32個(gè)8位通用工作寄存器；全靜態(tài)工作；工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS；只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。
(2)非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。16k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash；擦寫壽命：10000次；具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot代碼區(qū)；通過片上Bo-ot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程；真正的同時(shí)讀寫操作；512字節(jié)的EEPROM；擦寫壽命：100000次；1k字節(jié)的片內(nèi)SRAM。
(3)可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密。JTAG接口(與IEEE1149．1標(biāo)準(zhǔn)兼容)；符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能；支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能；通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。
(4)外設(shè)特點(diǎn)。4×25段的LCD驅(qū)動(dòng)器；兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)；具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC；四通道PWM；8路10位ADC；可編程的串行LISART；可工作于主機(jī)／從機(jī)模式的SPI串行接口；有開始狀態(tài)檢測(cè)器的通用串行接口USI；具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器；片內(nèi)模擬比較器；引腳電平變化可引發(fā)中斷及喚醒MCU。
(5)特殊的微控制器特點(diǎn)。上電復(fù)位(POR)以及可編程的掉電檢測(cè)(BOD)；經(jīng)過校準(zhǔn)的片內(nèi)RC振蕩器；片內(nèi)、片外中斷源；休眠模式：空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式和Standby模式。
(6)I／O口與封裝。53個(gè)可編程的I／O口；64引腳TQFP封裝與64引腳MLF封裝。
(7)工作電壓。ATmega169V：1．8～5．5V；ATmega169L：2．7～5．5V；ATmegal69：4．5～5．5V。
(8)工作溫度范圍。-40℃至85℃，工業(yè)級(jí)。

4 總結(jié)
根據(jù)本文中提出的通信方案，對(duì)計(jì)算機(jī)所發(fā)出的指令信號(hào)已經(jīng)傳遞至Modem，轉(zhuǎn)換成換能器所接受的頻帶范圍，實(shí)驗(yàn)過程中已取得了良好的效果。目前根據(jù)選用的單片機(jī)型號(hào)正在進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。此水聲通信系統(tǒng)不僅適用于智能封堵器，可以很好地進(jìn)行水下數(shù)據(jù)傳送，還可應(yīng)用在其他海洋、湖泊的通信環(huán)境中，具有較高的可移植性，只需更改其中的通信協(xié)議即可。