海底智能封堵器水声通信系统的设计
此通讯系统分为水上收／发和水下收／发通讯系统两部分。水上部分由计算机、Modem、收／发滤波放大电路和双向换能器组成，水下部分由水下双向换能器、收／发放大滤波电路、水声／ELF转换电路和ELF-Modem+单片机控制系统组成。因为信号均为收／发双向传递，所以采用双向换能器，双向换能器内部既有发射器又有水听器，既可发送声波信号又可接收声波信号。经过调研和选型，笔者采用的水声发射换能器是浅海圆柱型压电陶瓷换能器FSQ-37。
Modem将计算机指令信息调制成换能器工作频带上的电信号，此电信号经过功率放大后送给水上双向换能器发射，经换能器发射后变为声波信号在水中传输，水下双向换能器接收到声波信号后再将其转换为电信号，由于信号在水中传输的过程中会有所衰减，并伴随着一些干扰，所以这个转换后的电信号必须经过放大滤波后再经水声／ELF转换电路转换成ELF电磁波信号发射，ELF电磁波信号可穿透泥土、海水和管壁被管道内的ELF-Modem+单片机控制系统所接收，经ELF-Modem解调后变成逻辑电平指令送给单片机，单片机将收到的指令解析后控制封堵器完成各种动作，这样就完成了一次信号的单向传输。
此外，封堵器在执行指令过程中，其上的传感器将检测到的信号传送给单片机，管道内的单片机将这些温度、压力和封堵器状态等数据送回海上的计算机进行监测和计算，这样计算机就可以了解封堵器的运行情况，并根据反馈信号随时调整控制指令。这个信息的传送过程是先由单片机将逻辑电信号送给ELF-Modem，经ELF-Modem调制后变为ELF电磁波穿过管壁，被水声／ELF转换电路接收后转换为换能器工作频带上的电信号，此电信号再经过功率放大后送给水下双向换能器，发射器发射的声波信号由下至上在水中传输，到达水上后被水上的换能器接收并变为电信号，经过放大送给Modem解调后再送给计算机，完成由海底到海面的单方向传输。为实现全双工的传输，水声和ELF通讯都分别使用双信道进行通讯，即收／发采用不同的信道。
水声通讯的关键在于实现基于Modem的水声调制解调技术，以便可靠地收／发数据。在通讯系统方案确定之后，进行水试试验找到最佳发射、接收频率作为水下通信传输的载波频率。水上PC机的人机交互程序和串行通信程序采用Visual Basic 6．0编写。采用FSK方式传送数字信息控制载波的频率，将数字信息调制到水声换能器的工作频带上，推动水声换能器把电能转化为声波发射出去。
2 通信试验线路的搭建
考虑到自制一个Modem不仅要重新设计和调试电路，而且还要编写复杂的通讯协议，因此通讯所用的Modem为TP-LINK的TM-EC5658V外置式Modem，这种Modem技术成熟，编程方便，编写计算机到Modem之间的通讯程序，可利用Ⅶ中的MSComm控件来实现。又由于这种Modem的通讯协议是开放式的，因此即使是用单片机也可较容易地编写单片机至Modem之间的通讯程序。虽然使用成品的Modem给编程带来了方便，但是由于成品的Modem的工作载频在300～3400Hz，一般采用FSK调制方法时，用特殊的音频范围来区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：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/156476.htm
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