面向水中機(jī)器人的水下通信裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，包括：發(fā)射設(shè)備與第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到載波信號(hào)，對(duì)載波信號(hào)的功率進(jìn)行提升，并利用功率提升后的載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極，在發(fā)射電極與水之間形成發(fā)射電流回路，在發(fā)射電極的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射；接收設(shè)備，弱電場(chǎng)在接收設(shè)備的接收電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，對(duì)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)依次進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)處理，從感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)中解調(diào)出原始的串口數(shù)據(jù)，將串口數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口發(fā)送至第二水中機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)第一水中機(jī)器人和第二水中機(jī)器人之間的通信。本發(fā)明具有應(yīng)用環(huán)境限制少、通信可靠性高、實(shí)時(shí)性好、通信延遲少、體積緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
面向水中機(jī)器人的水下通信裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水下通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人通信有很多種方法，例如:無(wú)線(xiàn)電通信法、水聲通信法、光波通信法等。上述這些水下通信方法，雖然可以有效滿(mǎn)足一定條件下水中機(jī)器人的通信要求，但都分別存在著各自的缺陷。
[0003](I)無(wú)線(xiàn)電通信法:由于電磁波在水中衰減非常嚴(yán)重，導(dǎo)致水中機(jī)器人在水下工作時(shí)通信能力大打折扣，水下通信成為一個(gè)難題；
[0004](2)水聲通信法:當(dāng)應(yīng)用大范圍水域中時(shí)，存在技術(shù)復(fù)雜、通信速率低、通信延遲大、體積大等問(wèn)題，由于水聲通信裝置一般體積大，技術(shù)復(fù)雜，不適合小型水中機(jī)器人；
[0005](3)光波通信法:當(dāng)在小范圍水域(有限場(chǎng))當(dāng)中使用時(shí)，聲波反射嚴(yán)重，多徑效應(yīng)難以去除，導(dǎo)致通信質(zhì)量非常低下，該光波通信法的通信距離近、受水質(zhì)影響很大，不符合水中機(jī)器人對(duì)重量、體積、應(yīng)用環(huán)境等方面的性能要求。
[0006]發(fā)明專(zhuān)利CN101247184B公開(kāi)了一種用于水下機(jī)器人的通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以向水下機(jī)器人提供無(wú)纜移動(dòng)通信服務(wù)，為其他水下通信節(jié)點(diǎn)提供信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。但是，該專(zhuān)利采用的仍是水聲通信法，當(dāng)應(yīng)用于大范圍水域中時(shí)，存在技術(shù)復(fù)雜、通信速率低、延遲大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0008]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，具有應(yīng)用環(huán)境限制少、通信速率快、通信可靠性高、實(shí)時(shí)性好、通信延遲少、體積緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，包括:發(fā)射設(shè)備，所述發(fā)射設(shè)備與第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于接收來(lái)自所述第一水中機(jī)器人的串口數(shù)據(jù)，對(duì)所述串口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到載波信號(hào)，對(duì)載波信號(hào)的功率進(jìn)行提升，并利用功率提升后的載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極，在所述發(fā)射電極與水之間形成發(fā)射電流回路，當(dāng)有電流通過(guò)所述發(fā)射電流回路時(shí)，在所述發(fā)射電極的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射;接收設(shè)備，所述發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在所述接收設(shè)備的接收電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，對(duì)所述電動(dòng)勢(shì)信號(hào)依次進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)處理，從所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)中解調(diào)出原始的所述串口數(shù)據(jù)，將所述串口數(shù)據(jù)通過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口發(fā)送至所述第二水中機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)所述第一水中機(jī)器人和第二水中機(jī)器人之間的通信。
[0010]進(jìn)一步，所述發(fā)射設(shè)備對(duì)所述串口數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻調(diào)制。
[0011 ]進(jìn)一步，所述發(fā)射設(shè)備，包括:
[0012]第一乘法器，所述第一乘法器的輸入端與所述第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于將所述串口數(shù)據(jù)與所述第一水中機(jī)器人的處理器自身產(chǎn)生的低頻載波信號(hào)相乘；
[0013]第二乘法器，所述第二乘法器的輸入端通過(guò)非門(mén)與所述第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于對(duì)所述串口數(shù)據(jù)取反，將取反后的串口數(shù)據(jù)與所述第一水中機(jī)器人的處理器自身產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)相乘；
[0014]加法器，所述加法器的輸入端與所述第一乘法器的輸出端和第二乘法器的輸出端相連，用于對(duì)所述第一乘法器和第二乘法器的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，對(duì)相加后的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，得到雙頻載波調(diào)制后信號(hào)；
[0015]功率三極管，所述功率三極管的基極通過(guò)電子與所述加法器的輸出端相連，所述功率三極管的發(fā)射極接地；
[0016]升壓變壓器，所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈與所述功率三極管的集電極相連，以控制所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈的電流變化；
[0017]蓄電池，所述蓄電池通過(guò)電阻與所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈相連，其中，電流由所述蓄電池依次通過(guò)所述電阻、所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈和所述功率三極管，形成所述發(fā)射電流回路；
[0018]發(fā)射電極板，所述發(fā)射電極板包括與所述升壓變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈相連的第一電極板和第二電極板，其中，所述第一電極板和所述第二電極板間隔預(yù)設(shè)距離放置于水中，在所述發(fā)射電極板的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射。
[0019]進(jìn)一步，所述發(fā)射電極板的弱電場(chǎng)攜帶有所述雙頻載波調(diào)制后信號(hào)，其中，所述雙頻載波調(diào)制后信號(hào)包括有來(lái)自所述第一水中機(jī)器人的串口數(shù)據(jù)。
[0020]進(jìn)一步，所述功率三極管采用NPN型三極管。
[0021]進(jìn)一步，所述接收設(shè)備包括:
[0022]接收電極板，所述接收電極板包括第三電極板和第四電極板，其中，所述發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在所述第三電極板和第四電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)；
[0023]交流耦合電容，所述交流耦合電容的一端與所述第三電極板相連；
[0024]放大及濾波模塊，所述放大及濾波模塊的一個(gè)輸入端與所述交流耦合電容的另一端相連，所述放大及濾波模塊的另一個(gè)輸入端與所述第四電極板相連，用于對(duì)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大及濾波處理；
[0025]解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊的一端與所述放大及濾波模塊的輸出端相連，所述解調(diào)模塊的另一端與所述第二水中機(jī)器人的處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連。
[0026]進(jìn)一步，所述解調(diào)模塊采用鎖相環(huán)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，通過(guò)水下電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的通信過(guò)程，基于標(biāo)準(zhǔn)的串口協(xié)議，在發(fā)射端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻調(diào)制，在接收端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻解調(diào)，可以很好的降低通信誤碼率和提高通信速率，并且本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)的串口通信協(xié)議，保證了整個(gè)裝置可靠性和可擴(kuò)展性。
[0028]由于本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置是基于小范圍水域水下電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的水下聲學(xué)通信和光學(xué)通信裝置具有應(yīng)用環(huán)境限制少、通信速率快、通信可靠性高、實(shí)時(shí)性好、通信延遲少、體積緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于有限場(chǎng)水域下多機(jī)器人通信當(dāng)中。
[0029]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人的良好控制以及完成多樣化任務(wù)。具體的，利用本發(fā)明的水下通信裝置，可以實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人之間可以相互通信，多機(jī)器人協(xié)作任務(wù)，從而完成單個(gè)機(jī)器人難以完成的復(fù)雜任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了水中機(jī)器人協(xié)作，提高了協(xié)作效率。此外，本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)水中機(jī)器人的控制，有效的解決水中機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)多水中機(jī)器人之間的相互協(xié)作，以及完成水下大容量傳感器數(shù)據(jù)的收集。本發(fā)明可以應(yīng)用在在中小河水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，方便的控制水下監(jiān)測(cè)設(shè)備完成多種檢測(cè)任務(wù)，并且操作簡(jiǎn)單，使用安全。
[0030]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0031]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提出一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，該水下通信裝置可以解決水中機(jī)器人通信問(wèn)題，能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，保障信息的交互安全性，并滿(mǎn)足通信實(shí)時(shí)性。
[0037]下面參考圖1至圖3對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0038]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，包括:發(fā)射設(shè)備100和接收設(shè)備200。
[0039]具體地，發(fā)射設(shè)備100與第一水中機(jī)器人300(作為發(fā)送數(shù)據(jù)方)的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連。其中，第一水中機(jī)器人300的處理器與標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，該標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口進(jìn)一步與發(fā)射設(shè)備100相連。發(fā)射設(shè)備100接收來(lái)自第一水中機(jī)器人300的串口數(shù)據(jù)。然后，發(fā)射設(shè)備100對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到載波信號(hào)。
[0040]然后，發(fā)射設(shè)備100對(duì)載波信號(hào)的功率進(jìn)行提升，并利用功率提升后的載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極，在發(fā)射電極與水之間形成發(fā)射電流回路。從而，當(dāng)有電流通過(guò)發(fā)射電流回路時(shí)，在發(fā)射電極的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射。
[0041 ]具體地，如圖2所示，發(fā)射設(shè)備100包括:第一乘法器6、第二乘法器7、加法器8、功率三極管13、升壓變壓器14、蓄電池11和發(fā)射電極板。
[0042]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射設(shè)備100對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻調(diào)制。具體而言，第一水中機(jī)器人300通過(guò)自身處理器上的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口2發(fā)送串口數(shù)據(jù)1，串口數(shù)據(jù)I進(jìn)入發(fā)射設(shè)備100，分為兩路串口數(shù)據(jù)，分別與第一水中機(jī)器人300自身產(chǎn)生的低頻載波信號(hào)和高頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
[0043]具體地，第一乘法器6的輸入端與第一水中機(jī)器人300的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于將一路串口數(shù)據(jù)與第一水中機(jī)器人300的處理器自身產(chǎn)生的低頻載波信號(hào)3相乘。
[0044]第二乘法器7的輸入端通過(guò)非門(mén)5與第一水中機(jī)器人300的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于對(duì)另一路串口數(shù)據(jù)取反，將取反后的串口數(shù)據(jù)與第一水中機(jī)器人300的處理器自身產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)4相乘。
[0045]加法器8的輸入端與第一乘法器6的輸出端和第二乘法器7的輸出端相連，用于對(duì)第一乘法器6和第二乘法器7的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，以對(duì)相加后的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，得到雙頻載波調(diào)制后信號(hào)9。
[0046]通過(guò)采用上述雙頻載波調(diào)制方法對(duì)兩路串口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，可以有效降低通信誤碼率，并在一定程度上提高通信速率，確保通信效果。
[0047]加法器8的輸出端連接至功率三極管13的基極b，功率三極管13的發(fā)射極e接地。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，功率三極管13采用NPN型三極管。雙頻載波調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)電阻1驅(qū)動(dòng)功率三極管13，從而控制功率三極管13的工作狀態(tài)。
[0048]升壓變壓器14的初級(jí)線(xiàn)圈與功率三極管13的集電極c相連，以控制升壓變壓器14的初級(jí)線(xiàn)圈的電流變化。
[0049]蓄電池11通過(guò)電阻與升壓變壓器14的初級(jí)線(xiàn)圈相連。其中，電流由蓄電池11依次通過(guò)電阻12、升壓變壓器14的初級(jí)線(xiàn)圈和功率三極管13，形成發(fā)射電流回路。
[0050]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射電流可以通過(guò)改變電阻的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，當(dāng)電阻10的阻值減小時(shí)，發(fā)射電流增大;反之，當(dāng)電阻10的阻值增大時(shí)，發(fā)射電流減小。
[0051]發(fā)射電極板包括與升壓變壓器14的次級(jí)線(xiàn)圈相連的第一電極板16和第二電極板17。其中，第一電極板16和第二電極板17間隔預(yù)設(shè)距離放置于水中，在發(fā)射電極板的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)18，并以發(fā)射電極板為中心在水中向外發(fā)射。
[0052]具體地，發(fā)射電流流過(guò)升壓變壓器14的初級(jí)線(xiàn)圈，升壓變壓器14的次級(jí)線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓。該驅(qū)動(dòng)電壓加載到發(fā)射上，由于第一和第二電極板17間隔一定的距離放置在水中，因此會(huì)在水中的兩塊電極板之間產(chǎn)生弱電場(chǎng)18。而且該弱電場(chǎng)18的變化頻率與加載到發(fā)射電極板上的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率相同，所以第一和第二電極板17之間變化的電場(chǎng)攜帶有載波調(diào)制后的信號(hào)9的信息。該雙頻載波調(diào)制后信號(hào)9包括有來(lái)自第一水中機(jī)器人300的串口數(shù)據(jù)I。
[0053 ]由發(fā)射設(shè)備100產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在接收設(shè)備200的接收電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。接收設(shè)備200接收該電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，并對(duì)該電動(dòng)勢(shì)信號(hào)依次進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)處理，從感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)中解調(diào)出原始的串口數(shù)據(jù)。然后將串口數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口發(fā)送至第二水中機(jī)器人400(作為接收數(shù)據(jù)方)的處理器，從而實(shí)現(xiàn)第一水中機(jī)器人300和第二水中機(jī)器人400之間的通信及數(shù)據(jù)傳輸。
[0054]如圖3所示，接收設(shè)備200包括:接收電極板、交流耦合電容21、放大及濾波模塊和解調(diào)模塊。
[0055]具體地，接收電極板包括第三電極板19和第四電極板20。其中，發(fā)射設(shè)備100產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在第三電極板19和第四電極板20之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。交流耦合電容21的一端與第三電極板19相連。放大及濾波模塊的一個(gè)輸入端與交流親合電容21的另一端相連，放大及濾波模塊的另一個(gè)輸入端與第四電極板20相連，用于對(duì)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大及濾波處理。
[0056]其中，第三和第四電極板20之間的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)首先過(guò)交流耦合電容21，再進(jìn)入放大濾波模塊22。由于接收電極板之間電場(chǎng)信號(hào)很微弱，并且附帶有強(qiáng)烈的背景噪聲，因此需要。放大及濾波模塊對(duì)該電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行必要的放大和濾波，從而提高電場(chǎng)信號(hào)的信噪比，為信號(hào)下一級(jí)解調(diào)處理做準(zhǔn)備。
[0057]解調(diào)模塊的一端與放大及濾波模塊的輸出端相連，解調(diào)模塊的另一端與第二水中機(jī)器人400的處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，解調(diào)模塊采用鎖相環(huán)23。
[0058]經(jīng)過(guò)放大及濾波處理后的電場(chǎng)信號(hào)(即電動(dòng)勢(shì)信號(hào))，進(jìn)入鎖相環(huán)23進(jìn)行解調(diào)處理。具體地，鎖相環(huán)23可以根據(jù)電場(chǎng)信號(hào)所攜帶的頻率信息解調(diào)出原始的串口數(shù)據(jù)，解調(diào)出的串口數(shù)據(jù)發(fā)送至第二水中機(jī)器人400的處理器上的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口 24。由于第一水中機(jī)器人300和第二水中機(jī)器人400均采用標(biāo)準(zhǔn)的串行通信協(xié)議，即發(fā)送和接收兩端的處理器設(shè)定相同的協(xié)議，從而第一和第二水中機(jī)器人400可以正確的接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人之間的通信。
[0059]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，也同樣適用于水中機(jī)器人和上位機(jī)之間的通信，只要水中機(jī)器人的處理器和上位機(jī)滿(mǎn)足設(shè)定相同的協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0060]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，通過(guò)水下電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的通信過(guò)程，基于標(biāo)準(zhǔn)的串口協(xié)議，在發(fā)射端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻調(diào)制，在接收端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻解調(diào)，可以很好的降低通信誤碼率和提高通信速率，并且本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)的串口通信協(xié)議，保證了整個(gè)裝置可靠性和可擴(kuò)展性。
[0061]由于本發(fā)明實(shí)施例的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置是基于小范圍水域水下電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的水下聲學(xué)通信和光學(xué)通信裝置具有應(yīng)用環(huán)境限制少、通信速率快、通信可靠性高、實(shí)時(shí)性好、通信延遲少、體積緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于有限場(chǎng)水域下多機(jī)器人通信當(dāng)中。
[0062]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人的良好控制以及完成多樣化任務(wù)。具體的，利用本發(fā)明的水下通信裝置，可以實(shí)現(xiàn)水中機(jī)器人之間可以相互通信，多機(jī)器人協(xié)作任務(wù)，從而完成單個(gè)機(jī)器人難以完成的復(fù)雜任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了水中機(jī)器人協(xié)作，提高了協(xié)作效率。此外，本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)水中機(jī)器人的控制，有效的解決水中機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)多水中機(jī)器人之間的相互協(xié)作，以及完成水下大容量傳感器數(shù)據(jù)的收集。本發(fā)明可以應(yīng)用在在中小河水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，方便的控制水下監(jiān)測(cè)設(shè)備完成多種檢測(cè)任務(wù)，并且操作簡(jiǎn)單，使用安全。
[0063]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0064]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求極其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，包括: 發(fā)射設(shè)備，所述發(fā)射設(shè)備與第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于接收來(lái)自所述第一水中機(jī)器人的串口數(shù)據(jù)，對(duì)所述串口數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到載波信號(hào)，對(duì)載波信號(hào)的功率進(jìn)行提升，并利用功率提升后的載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)射電極，在所述發(fā)射電極與水之間形成發(fā)射電流回路，當(dāng)有電流通過(guò)所述發(fā)射電流回路時(shí)，在所述發(fā)射電極的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射； 接收設(shè)備，所述發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在所述接收設(shè)備的接收電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，對(duì)所述電動(dòng)勢(shì)信號(hào)依次進(jìn)行放大、濾波和解調(diào)處理，從所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)中解調(diào)出原始的所述串口數(shù)據(jù)，將所述串口數(shù)據(jù)通過(guò)所述標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口發(fā)送至所述第二水中機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)所述第一水中機(jī)器人和第二水中機(jī)器人之間的通信。2.如權(quán)利要求1所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射設(shè)備對(duì)所述串口數(shù)據(jù)進(jìn)行雙頻調(diào)制。3.如權(quán)利要求1或2所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射設(shè)備，包括: 第一乘法器，所述第一乘法器的輸入端與所述第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于將所述串口數(shù)據(jù)與所述第一水中機(jī)器人的處理器自身產(chǎn)生的低頻載波信號(hào)相乘； 第二乘法器，所述第二乘法器的輸入端通過(guò)非門(mén)與所述第一水中機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連，用于對(duì)所述串口數(shù)據(jù)取反，將取反后的串口數(shù)據(jù)與所述第一水中機(jī)器人的處理器自身產(chǎn)生的高頻載波信號(hào)相乘； 加法器，所述加法器的輸入端與所述第一乘法器的輸出端和第二乘法器的輸出端相連，用于對(duì)所述第一乘法器和第二乘法器的輸出信號(hào)進(jìn)行相加，對(duì)相加后的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，得到雙頻載波調(diào)制后信號(hào)； 功率三極管，所述功率三極管的基極通過(guò)電子與所述加法器的輸出端相連，所述功率三極管的發(fā)射極接地； 升壓變壓器，所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈與所述功率三極管的集電極相連，以控制所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈的電流變化； 蓄電池，所述蓄電池通過(guò)電阻與所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈相連，其中，電流由所述蓄電池依次通過(guò)所述電阻、所述升壓變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈和所述功率三極管，形成所述發(fā)射電流回路； 發(fā)射電極板，所述發(fā)射電極板包括與所述升壓變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈相連的第一電極板和第二電極板，其中，所述第一電極板和所述第二電極板間隔預(yù)設(shè)距離放置于水中，在所述發(fā)射電極板的周?chē)纬扇蹼妶?chǎng)并向外發(fā)射。4.如權(quán)利要求3所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述發(fā)射電極板的弱電場(chǎng)攜帶有所述雙頻載波調(diào)制后信號(hào)，其中，所述雙頻載波調(diào)制后信號(hào)包括有來(lái)自所述第一水中機(jī)器人的串口數(shù)據(jù)。5.如權(quán)利要求3所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述功率三極管采用NPN型三極管。6.如權(quán)利要求1所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述接收設(shè)備包括: 接收電極板，所述接收電極板包括第三電極板和第四電極板，其中，所述發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生的弱電場(chǎng)在所述第三電極板和第四電極板之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)； 交流耦合電容，所述交流耦合電容的一端與所述第三電極板相連； 放大及濾波模塊，所述放大及濾波模塊的一個(gè)輸入端與所述交流耦合電容的另一端相連，所述放大及濾波模塊的另一個(gè)輸入端與所述第四電極板相連，用于對(duì)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大及濾波處理； 解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊的一端與所述放大及濾波模塊的輸出端相連，所述解調(diào)模塊的另一端與所述第二水中機(jī)器人的處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議接口相連。7.如權(quán)利要求6所述的面向水中機(jī)器人的水下通信裝置，其特征在于，所述解調(diào)模塊采用鎖相環(huán)。
【文檔編號(hào)】H04B13/02GK105827270SQ201610136676
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】謝廣明, 王偉, 曹發(fā)陽(yáng), 熊偉, 鄧涵博, 周陽(yáng), 王晨, 范瑞峰
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)