專(zhuān)利名稱(chēng)：基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水下無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以包塑鏈為傳輸介質(zhì)的基于感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
與現(xiàn)有陸地通信方式類(lèi)似，水下數(shù)據(jù)通信也可采用有纜通信和無(wú)纜通信方式實(shí)現(xiàn)。但由于電磁波在水中衰減速度非常快，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的無(wú)中繼無(wú)線通信，因而水下無(wú)線通信幾乎全部依靠水聲通信系統(tǒng)。然而在某些水下應(yīng)用領(lǐng)域中，如監(jiān)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)回收、 水下傳感器布網(wǎng)等，考慮到通信雙方中有一方處于不確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，出于設(shè)備安全原因，數(shù)據(jù)傳輸通常采用非接觸方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，由于需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不是很大，如果采用水聲通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，不僅成本過(guò)高，而且設(shè)備功耗非常大，不利于海洋監(jiān)測(cè)浮標(biāo)等設(shè)備的長(zhǎng)期無(wú)人值守工作。面對(duì)越來(lái)越多的海洋監(jiān)測(cè)浮標(biāo)應(yīng)用需求，依靠水聲通信無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，而有纜通信無(wú)法滿(mǎn)足不同剖面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)采集需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種以包塑鏈為傳輸介質(zhì)的基于感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)水下長(zhǎng)距離半雙工通信，滿(mǎn)足某些特定水下應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡统杀?、低功耗和高可靠性要求。基于包塑鏈感?yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括串口接口、耦合信號(hào)發(fā)送模塊、磁電耦合環(huán)、耦合信號(hào)接收模塊、半雙工實(shí)現(xiàn)模塊和包塑鏈。串口接口輸出端分別與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端、耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸入端連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸出端與磁電耦合環(huán)連接，磁電耦合環(huán)與耦合信號(hào)接收模塊的輸入端信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊輸出端與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端連接，半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸出端與串口接口輸入端連接。所述的耦合信號(hào)發(fā)送模塊包含數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路、功放電路；數(shù)據(jù)接口的一端與串口接口輸出端連接，數(shù)據(jù)接口的另一端與調(diào)制電路信號(hào)連接；調(diào)制電路與功放電路信號(hào)連接，功放電路與磁電耦合環(huán)連接。所述的耦合信號(hào)接收模塊包含放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電路、數(shù)字信號(hào)還原電路。放大電路一端連接磁電耦合環(huán)，另一端與前端濾波電路一端信號(hào)連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號(hào)連接，檢波電路另一端與后端濾波電路一端信號(hào)連接，后端濾波電路與數(shù)字信號(hào)還原電路一端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路另一端連接半雙工實(shí)現(xiàn)模塊。所述的磁電耦合環(huán)為具有一定匝數(shù)和半徑的封閉空心漆包線圈，套在環(huán)形可拆合的鐵氧體上，磁電耦合環(huán)內(nèi)置包塑鏈。所述的半雙工實(shí)現(xiàn)模塊，為由以光耦為主構(gòu)成的防止自發(fā)自收的電路。本實(shí)用新型中涉及調(diào)制電路、功率放大電路、放大電路、濾波電路、檢波電路以及數(shù)字信號(hào)還原電路均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)。由于本實(shí)用新型提出的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的傳輸介質(zhì)，僅為一根結(jié)實(shí)可靠的包塑鏈，因而通信雙方位置可以任意變化，既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性，同時(shí)也保障了水下設(shè)備的靈活性和安全性。此外，對(duì)于同一條的包塑鏈上，可以掛載多個(gè)該水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，而且其掛載或拆卸方便，其中的一個(gè)出現(xiàn)故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，這些特征非常有利于不同深度剖面水層的數(shù)據(jù)采集。除此之外，該裝置還具有成本低、功耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)， 與水聲通訊、水下光學(xué)通訊等背景技術(shù)相比，更加適合應(yīng)用于監(jiān)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)回收、水下傳感器布網(wǎng)等應(yīng)用環(huán)境。

圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的耦合信號(hào)發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的耦合信號(hào)接收模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的半雙工實(shí)現(xiàn)模塊電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括串口接口 1、耦合信號(hào)發(fā)送模塊2、磁電耦合環(huán)3、耦合信號(hào)接收模塊4、半雙工實(shí)現(xiàn)模塊5以及包塑鏈6。串口接口 1輸出端與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊5和耦合信號(hào)發(fā)送模塊2的輸入端連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊2的輸出端與磁電耦合環(huán)3連接，磁電耦合環(huán)3與耦合信號(hào)接收模塊4的輸入端信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊4輸出端與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊5的輸入端連接，半雙工實(shí)現(xiàn)模塊5的輸出端與串口接口1輸入端連接。如圖2所示，耦合信號(hào)發(fā)送模塊2包含數(shù)據(jù)接口 2-1、調(diào)制電路2-2、功放電路2-3 ； 數(shù)據(jù)接口 2-1與調(diào)制電路2-2信號(hào)連接；調(diào)制電路2-2與功放電路2-3信號(hào)連接，功放電路 2-3與磁電耦合環(huán)3信號(hào)連接。如圖3所示，耦合信號(hào)接收模塊4包含放大電路4-1、前端濾波電路4-2、檢波電路 4-3、后端濾波電路4-4、數(shù)字信號(hào)還原電路4-5以及數(shù)據(jù)接口 4-6，放大電路4-1 一端連接磁電耦合環(huán)3，另一端與前端濾波電路4-2 —端信號(hào)連接，前端濾波電路4-2另一端與檢波電路4-3 —端信號(hào)連接，檢波電路4-3另一端與后端濾波電路4-4 一端信號(hào)連接，后端濾波電路4-4與數(shù)字信號(hào)還原電路4-5 —端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路4-5另一端連接數(shù)據(jù)接口 4-6。如圖4所示，半雙工實(shí)現(xiàn)模塊5包含6附37光耦5_1、74LS00與非邏輯門(mén)5_2、5_3 和一些簡(jiǎn)單元件，9端口連接串口接口 1輸出端，10端口連接耦合信號(hào)接收模塊4輸出端， 11端口連接串口接口 1輸入端。磁電耦合環(huán)為具有一定匝數(shù)和半徑的封閉空心漆包線圈，套在環(huán)形可拆合的鐵氧體上，用于經(jīng)過(guò)功率放大后的調(diào)制信號(hào)的耦合輸出，其一端與對(duì)應(yīng)的模塊連接，另一端接地。串口接口中數(shù)據(jù)接口采用RS232串口，用于接收待發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送接收到的數(shù)
4據(jù)；調(diào)制電路采用幅度鍵控調(diào)制方式，耦合信號(hào)接收模塊將待發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制到一定頻率的載波信號(hào)上；功放電路采用甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽功率放大電路，用于將經(jīng)過(guò)調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行功率放大。耦合信號(hào)接收模塊中放大電路采用集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓放大電路實(shí)現(xiàn)接收線圈上微弱電壓信號(hào)的放大；前端濾波電路采用集成運(yùn)放構(gòu)成的有源低通濾波器濾除頻率高于載波頻率的噪聲信號(hào)；檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波電路獲取已發(fā)生畸變的基帶信號(hào)；后端濾波電路采用有源低通濾波器進(jìn)一步濾除干擾成分；數(shù)字信號(hào)還原電路采用施密特觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)信號(hào)的還原。半雙工實(shí)現(xiàn)模塊中以串口接口輸出端的信號(hào)變化為依據(jù)，當(dāng)處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)時(shí)禁止耦合信號(hào)接收模塊輸出端的數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)串口接口的輸入端，單無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，可以將耦合信號(hào)接收模塊輸出端的數(shù)據(jù)信號(hào)無(wú)損的進(jìn)入串口接口的輸入端。本實(shí)用新型裝置的工作方式為待發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口接口電路將待發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸至耦合信號(hào)發(fā)送模塊；調(diào)制電路產(chǎn)生載波并采用ASK方式將待發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到載波上；調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)功放電路放大后輸出到用于發(fā)送的磁電耦合環(huán)；處于包塑鏈上的另一個(gè)作為接收端的磁電耦合環(huán)通過(guò)電磁感應(yīng)方式從包塑鏈上獲取經(jīng)調(diào)制的發(fā)送信號(hào)，并將其傳輸至該裝置的耦合信號(hào)接收模塊；由放大電路和前端濾波電路將信號(hào)進(jìn)行放大并濾除高于載波頻率的干擾信號(hào)后，輸出至檢波電路；檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波方式獲取已發(fā)生畸變的基帶信號(hào)，經(jīng)低通濾波后再利用施密特觸發(fā)電路還原出原始發(fā)送信號(hào)；經(jīng)還原的發(fā)送信號(hào)通過(guò)半雙工實(shí)現(xiàn)模塊，之后輸出到串口接口電路以RS232串口標(biāo)準(zhǔn)作為接收到的數(shù)據(jù)輸出。
權(quán)利要求1.基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括串口接口、耦合信號(hào)發(fā)送模塊、磁電耦合環(huán)、耦合信號(hào)接收模塊、半雙工實(shí)現(xiàn)模塊和包塑鏈，其特征在于串口接口輸出端分別與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端、耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸入端連接， 耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸出端與磁電耦合環(huán)連接，磁電耦合環(huán)與耦合信號(hào)接收模塊的輸入端信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊輸出端與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端連接，半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸出端與串口接口輸入端連接，磁電耦合環(huán)內(nèi)置包塑鏈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，其特征在于所述的耦合信號(hào)發(fā)送模塊包含數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路和功放電路；數(shù)據(jù)接口的一端與串口接口輸出端連接，數(shù)據(jù)接口的另一端與調(diào)制電路信號(hào)連接；調(diào)制電路與功放電路信號(hào)連接，功放電路與磁電耦合環(huán)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，其特征在于所述的耦合信號(hào)接收模塊包含放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電路和數(shù)字信號(hào)還原電路；放大電路一端連接磁電耦合環(huán)，另一端與前端濾波電路一端信號(hào)連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號(hào)連接，檢波電路另一端與后端濾波電路一端信號(hào)連接，后端濾波電路與數(shù)字信號(hào)還原電路一端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路另一端連接半雙工實(shí)現(xiàn)模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于包塑鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置?，F(xiàn)有海洋設(shè)備數(shù)據(jù)通訊成本高，功耗大。本實(shí)用新型包括串口接口、耦合信號(hào)發(fā)送模塊、磁電耦合環(huán)、耦合信號(hào)接收模塊、半雙工實(shí)現(xiàn)模塊和包塑鏈。串口接口輸出端分別與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端、耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸入端連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊的輸出端與磁電耦合環(huán)連接，磁電耦合環(huán)與耦合信號(hào)接收模塊的輸入端信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊輸出端與半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸入端連接，半雙工實(shí)現(xiàn)模塊的輸出端與串口接口輸入端連接。本實(shí)用新型既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性，同時(shí)也保障了水下設(shè)備的靈活性和安全性。
文檔編號(hào)H04L5/16GK202043103SQ20112006782
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉敬彪, 葉益陽(yáng), 蔡文郁, 陳中江 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)