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海底智能封堵器水声通信系统的设

时间:06-03 来源:互联网 点击:

别发送数据和接收数据。如调频Modem发送和接收数据的二进制逻辑信号被指定的专用频率是:发送时信号逻辑0的频率为1070Hz,信号逻辑1的频率为1270Hz,接收时信号逻辑0的频率为2025Hz,信号逻辑1的频率为2225Hz。这样的调制频率与换能器的工作频带相差较远,本文所选用的FSQ-37换能器的频带宽度在20~46kHz之间,很明显,从Modem出来的载波信号不能直接送给换能器,必须经过变频后转换到换能器的工作频带,再经过放大滤波后送给换能器转换为声波信号进行发射。因此在Modem和滤波放大电路之间还要设计一个变频器用来转换Modem和换能器的发射频率。考虑到以上因素后海上部分的通讯链路的搭建如图4所示:


  在图4中计算机发出的信号通过RS-232送给Modem,经Modem调制后把计算机信息变为模拟量,送给变频器,变频器将Modem的调制信号转换为换能器的工作频率后再送给滤波放大电路,驱动换能器发射声信号将数据信息传送至海底。

  由于本文不涉及ELF通讯方式,所以在搭建海下接收通讯链路时作了部分简化,海底接收端的模拟通讯链路如图5所示。

  在图5中,海底的换能器将收到的声波信号转换为电信号,经滤波放大后送给变频器转换为Modem的载频信号,Modem将收到信号解调后送至单片机,完成一次单项数据信息传输。从单片机向计算机逆向传输信息的原理与上述原理相同,只是信息的发起端不同而已。

  3 单片机的选型

  由于海底封堵维修工作时的长时间、供电条件限制等制约因素,因此单片机的选型,主要从单片机工作的可靠性、节能性、工作速度和通讯接口的设计出发。经过调研选择ATMEL公司的ATmega系列高性能、低功耗的8位AVR微处理器ATmegal69,ATmega169具有以下特性:

  (1)先进的RISC结构。130条指令,大多数指令执行时间为单个时钟周期;32个8位通用工作寄存器;全静态工作;工作于16MHz时性能高达16MIPS;只需两个时钟周期的硬件乘法器。

  (2)非易失性程序和数据存储器。16k字节的系统内可编程Flash;擦写寿命:10000次;具有独立锁定位的可选Boot代码区;通过片上Bo-ot程序实现系统内编程;真正的同时读写操作;512字节的EEPROM;擦写寿命:100000次;1k字节的片内SRAM。

  (3)可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容);符合JTAG标准的边界扫描功能;支持扩展的片内调试功能;通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程。

  (4)外设特点。4×25段的LCD驱动器;两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器;一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数;具有独立振荡器的实时计数器RTC;四通道PWM;8路10位ADC;可编程的串行LISART;可工作于主机/从机模式的SPI串行接口;有开始状态检测器的通用串行接口USI;具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器;片内模拟比较器;引脚电平变化可引发中断及唤醒MCU。

  (5)特殊的微控制器特点。上电复位(POR)以及可编程的掉电检测(BOD);经过校准的片内RC振荡器;片内、片外中断源;休眠模式:空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和Standby模式。

  (6)I/O口与封装。53个可编程的I/O口;64引脚TQFP封装与64引脚MLF封装。

  (7)工作电压。ATmega169V:1.8~5.5V;ATmega169L:2.7~5.5V;ATmegal69:4.5~5.5V。

  (8)工作温度范围。-40℃至85℃,工业级。

  4 总结

  根据本文中提出的通信方案,对计算机所发出的指令信号已经传递至Modem,转换成换能器所接受的频带范围,实验过程中已取得了良好的效果。目前根据选用的单片机型号正在进行单片机系统电路的设计。此水声通信系统不仅适用于智能封堵器,可以很好地进行水下数据传送,还可应用在其他海洋、湖泊的通信环境中,具有较高的可移植性,只需更改其中的通信协议即可。

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