CN101738179A - 基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标。现有监测浮标通讯存在各种不足。本发明浮标体的顶部设置有天线，底部通过下支架和系留缆与配重块连接。浮标体仪器仓设置在浮标体内，浮标体仪器仓内设置有通讯收发模块、浮标数据转发模块和耦合信号接收模块，通讯收发模块与浮标数据转发模块信号连接，耦合信号接收模块与浮标数据转发模块信号连接。系留缆上套接有耦合信号接收线圈和耦合信号发送线圈，耦合信号发送线圈与耦合信号发送模块信号连接，耦合信号发送模块与水下数据采集与存储模块信号连接，水下数据采集与存储模块与剖面仪传感器信号连接。本发明可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传输，并且成本低、功耗小。

Description

基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标

技术领域

本发明属于水下无线通信技术领域，具体涉及一种基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标。

背景技术

锚泊自升降剖面监测浮标同时具备锚泊浮标的长期定点特性和漂流式剖面监测浮标的可自动升降特性，可以获取特定研究海域的定点的、长期的、高垂直分辨率的序列垂直剖面监测数据，是近些年来发展起来的一种先进的海洋监测浮标。该类浮标通常采用两点系留式设计，即上端浮标牵拉，下端锚碇，剖面仪在浮标与锚碇间往复升降运动以采集剖面监测数据，剖面仪获取的监测数据借助某种通信方式传输至浮标体后，再由浮标体利用数传电台或通讯卫星发送至岸基数据中心。剖面仪与浮标体之间的通信方式若采用有线方式，则由于剖面仪的往复升降运动导致通信距离不断变化，不仅使得传输线路设计困难，同时通信的可靠性、剖面仪的安全性也难以保障。若采用无线方式，则在水下无线通信方式中，水声通信具有传输距离远、传输率高等一系列优点，但其成本过高，同时功耗较高，考虑到剖面仪的自容式供电特性，无法满足长期观测要求；水下激光通讯通信距离远、传输率较高，但结构复杂、造价高，同时通信的方向性要求高；水下LED光学通讯造价低、功耗低、传输距离较远、但同样存在方向性要求过高问题，若无相应装置保证其探头在较小的范围内对准，则通讯性能将大幅下降甚至通讯中断。

发明内容

本发明的目的在于提拱一种基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标。该浮标可以在剖面仪上浮或下降过程中实现剖面监测数据的水下采集与自容式存储，在浮标体上实现剖面监测数据的存储以及数传电台或卫星远程转发，在剖面仪上浮至浮标体底部时实现剖面监测数据在剖面仪与浮标体之间的近距离非接触式无线传输，满足剖面仪与浮标体间数据存储与传输的低成本、低功耗和高可靠性要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的具体技术方案是：

基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标包括天线、浮标体、浮标体仪器仓、通讯收发模块、水下剖面仪、单向锁定开关、剖面仪传感器、系留缆和配重块。

浮标体的顶部设置有天线，浮标体底部设置有下支架，下支架的底部与系留缆的一端连接，系留缆的另一端与配重块连接，系留缆上设置有单向锁定装置，单向锁定装置与水下剖面仪的侧壁固定设置，剖面仪传感器设置在水下剖面仪内腔；

浮标体仪器仓设置在浮标体内，通讯收发模块设置在浮标体仪器仓内。浮标体仪器仓内还设置有浮标数据转发模块和耦合信号接收模块，通讯收发模块通过串口与浮标数据转发模块信号连接，耦合信号接收模块通过串口与浮标数据转发模块信号连接；

系留缆上还套接有耦合信号接收线圈和耦合信号发送线圈，耦合信号接收线圈设置在下支架上并与耦合信号接收模块信号连接；耦合信号发送线圈与剖面仪内腔中的耦合信号发送模块信号连接，耦合信号发送模块与水下数据采集与存储模块信号连接，水下数据采集与存储模块与剖面仪传感器信号连接。

所述的水下数据采集与存储模块包括核心板和底板，核心板和底板之间通过核心板总线连接；所述的底板包括数据存储模块、剖面仪传感器数据接口模块、监测数据中转远程传输接口模块、控制量接口模块以及调试接口模块。

数据存储模块包括第一高频滤波电容C9、第二高频滤波电容C10、第三高频滤波电容C12、第四高频滤波电容C13、第一低频滤波电解电容C8、第二低频滤波电解电容C11、第一保险丝F1、第二保险丝F2、双排USB插头连接器CN2。

第二高频滤波电容C10的一端和第一保险丝F1的一端接5V电源，第一保险丝F1的另一端、第一高频滤波电容C9的一端、第一低频滤波电解电容C8的正极与双排USB插头连接器CN2的1脚连接；第二高频滤波电容C10的另一端、第一高频滤波电容C9的另一端和第一低频滤波电解电容C8的负极均接地；

第四高频滤波电容C13的一端和第二保险丝F2的一端接5V电源，第二保险丝F2的另一端、第三高频滤波电容C12的一端、第二低频滤波电解电容C11的正极与双排USB插头连接器CN2的5脚连接；第四高频滤波电容C13的另一端、第三高频滤波电容C12的另一端和第二低频滤波电解电容C11的负极均接地；

底板剖面仪传感器数据接口模块包括第一电平转换芯片U3、第二电平转换芯片U4、第一倍压电解电容C20、第二倍压电解电容C21、第三倍压电解电容C22、第四倍压电解电容C23、第五倍压电解电容C24、第六倍压电解电容C25、第七倍压电解电容C26、第八倍压电解电容C27、第九倍压电解电容C28、第十倍压电解电容C29；第一倍压电解电容C20的正极与第一电平转换芯片U3的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第二倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U3的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U3的5脚连接，第三倍压电解电容C22的负极、第四倍压电解电容C23的正极和第一电平转换芯片U3的16脚接5V电源，第三倍压电解电容C22的正极与第一电平转换芯片U3的2脚连接，第四倍压电解电容C23的负极接地；第五倍压电解电容C24负极与第一电平转换芯片U3的6脚连接，正极接地；

第六倍压电解电容C25的正极与第二电平转换芯片U4的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第七倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U4的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U4的5脚连接，第八倍压电解电容C27的负极、第九倍压电解电容C28的正极和第二电平转换芯片U4的16脚接5V电源，第八倍压电解电容C27的正极与第二电平转换芯片U4的2脚连接，第九倍压电解电容C28的负极接地；第十倍压电解电容C29负极与第二电平转换芯片U4的6脚连接，正极接地；

监测数据中转远程传输接口模块包括第三电平转换芯片U2，第十一倍压电解电容C15、第十二倍压电解电容C16、第十三倍压电解电容C17、第十四倍压电解电容C18、第十五倍压电解电容C19；第十一倍压电解电容C15正极与第三电平转换芯片U2的1脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的3脚连接，第十二倍压电解电容C16正极与第三电平转换芯片U2的4脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的5脚连接，第十三倍压电解电容C17负极、第十四倍压电解电容C18正极和第三电平转换芯片U2的16脚与5V电源连接；第十三倍压电解电容C17正极与第三电平转换芯片U2的2脚连接，第十四倍压电解电容C18负极接地，第十五倍压电解电容C19负极与第三电平转换芯片U2的6脚连接，正极接地；

控制量接口模块包括状态指示灯供电调压器U5、第五高频滤波电容C3、第三低频滤波电解电容C4、第一IO状态指示灯DS2、第二IO状态指示灯DS3、第三IO状态指示灯DS4、第四IO状态指示灯DS5、第五IO状态指示灯DS6、第六IO状态指示灯DS7、第七IO状态指示灯DS8、第八IO状态指示灯DS8、第九IO状态指示灯DS10、第一限流电阻R7、第二限流电阻R8、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第五限流电阻R11、第六限流电阻R12、第七限流电阻R13、第八限流电阻R14、第九限流电阻R15；第五高频滤波电容C3一端、第三低频滤波电解电容C4正极与状态指示灯供电调压器U5的输出端连接；第五高频滤波电容C3另一端、第三低频滤波电解电容C4负极、状态指示灯供电调压器U5的接地端接接地；状态指示灯供电调压器U5的输入端接5V电源；

第一限流电阻R7一端、第二限流电阻R8一端、第三限流电阻R9一端、第四限流电阻R10一端、第五限流电阻R11一端、第六限流电阻R12一端、第七限流电阻R13一端、第八限流电阻R14一端和第九限流电阻R15一端并联后接状态指示灯供电调压器U5的输出端；第一限流电阻R7另一端接第一IO状态指示灯DS2的正极，第二限流电阻R8另一端接第二IO状态指示灯DS3的正极，第三限流电阻R9另一端接第三IO状态指示灯DS4的正极，第四限流电阻R10另一端接第四IO状态指示灯DS5的正极，第五限流电阻R11另一端接第五IO状态指示灯DS6的正极，第六限流电阻R12另一端接第六IO状态指示灯DS7的正极，第七限流电阻R13另一端接第七IO状态指示灯DS8的正极，第八限流电阻R14另一端接第八IO状态指示灯DS9的正极，第九限流电阻R15另一端接第九IO状态指示灯DS10的正极；

调试接口模块包括网络隔离变压器U1、RJ45网络接头CN1、第一匹配电阻R1、第二匹配电阻R2、第三匹配电阻R3、第四匹配电阻R4、第六高频滤波电容C5、耐压电容C6和隔离电容C7；

第一匹配电阻R1的一端、第二匹配电阻R2的一端、第三匹配电阻R3的一端和第四匹配电阻R4的一端与耐压电容C6一端连接，耐压电容C6另一端与隔离电容C7一端连接后接大地，隔离电容C7另一端接地，第一匹配电阻R1的另一端与网络隔离变压器U1的10脚连接，第二匹配电阻R2的另一端与网络隔离变压器U1的15脚连接，第三匹配电阻R3的另一端与RJ45网络接头CN1的4脚和5脚连接，第四匹配电阻R4的另一端与RJ45网络接头CN1的7脚和8脚连接，网络隔离变压器U1的16脚与RJ45网络接头CN1的1脚连接，网络隔离变压器U1的14脚与RJ45网络接头CN1的2脚连接，网络隔离变压器U1的11脚与RJ45网络接头CN1的3脚连接，网络隔离变压器U1的9脚与RJ45网络接头CN1的6脚连接，高频滤波电容C5的一端接网络隔离变压器U1的7脚，另一端接地；

所述的耦合信号发送模块由数据接口、调制电路、功放电路构成。数据接口通过串口与水下数据采集与存储模块信号连接，调制电路一端与数据接口信号连接，另一端与功放电路一端信号连接，功放电路一端与调制电路信号连接，另一端与耦合信号发送线圈连接。

所述的耦合信号接收模块由放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路和数据接口构成。其中，放大电路一端连接耦合信号接收线圈，另一端与前端滤波电路一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电路另一端连接数据接口。

所述的发送线圈和接收线圈均采用Φ1.2mm漆包线绕制，线圈形状为圆形，直径7.5cm，匝数为10。

所述的调制电路包括时基电路LM555，第一充放电电容C1、第二充放电电容C2，可调电阻R5、频率设置电阻R6、二极管D1和运算放大器LM318N；第一充放电电容C1的一端和时基电路LM555的1脚接地，第一充放电电容C1的另一端与时基电路LM555的5脚连接，二极管D1的阴极、时基电路LM555的6脚、时基电路LM555的2脚、频率设置电阻R6的一端与第二充放电电容C2的一端连接，第二充放电电容C2的另一端接地，频率设置电阻R6的另一端、二极管D1的阳极和时基电路LM555的7脚与可调电阻R5一端连接，可调电阻R5另一端和时基电路LM555的8脚接5V电源，可调电阻R5的可调端与时基电路LM555的7脚连接；时基电路LM555的3脚与运算放大器LM318N的同相输入端连接，运算放大器LM318N的反相输入端与运算放大器LM318N的输出端连接。

所述的前端滤波电路6-2包括第一截止频率设置电容C6、第二截止频率设置电容C7，第一截止频率设置电阻R10、第二截止频率设置电阻R11、第一负反馈电阻R12、第二负反馈电阻R13和运算放大器OP07CN；第二截止频率设置电阻R11一端、第一截止频率设置电容C6一端与第一截止频率设置电阻R10的一端连接，第二截止频率设置电阻R11另一端、第二截止频率设置电容C7一端与运算放大器OP07CN的同相输入端连接，第二截止频率设置电容C7另一端接地，第一截止频率设置电容C6另一端、第二负反馈电阻R13一端与运算放大器OP07CN的输出端连接，第二负反馈电阻R13另一端、第一负反馈电阻R12一端与运算放大器OP07CN的反相输入端连接，第一负反馈电阻R12另一端接地；

所述的检波电路包括整流二极管D4，第三充放电电容C8，充放电电阻R14，运算放大器LF351AN。整流二极管D4一端、第三充放电电容C8一端、充放电电阻R14一端与运算放大器LF351AN的同相输入端连接，第三充放电电容C8另一端和充放电电阻R14另一端接地，运算放大器LF351AN的反相输入端与运算放大器LF351AN的输出端连接。

所述的数字信号还原电路包括滤波电解电容C12、第一偏置电阻R22、第二偏置电阻R23、第一上限电压分压电阻R19、第二上限电压分压电阻R20、第一下限电压分压电阻R24、第二下限电压分压电阻R25、第一上拉电阻R21、第二上拉电阻R26、电压比较器LM339AN和集成与非门SN74LS00N；

第一偏置电阻R22一端、第二偏置电阻R23一端、电压比较器LM339AN的5脚和电压比较器LM339AN的7脚与滤波电容C12的负端连接，电压比较器LM339AN的4脚、第一上限电压分压电阻R19的一端与第二上限电压分压电阻R20的一端连接，第二上限电压分压电阻R20的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第一上拉电阻R21一端接+5V，电压比较器LM339AN的2脚、第一上拉电阻R21另一端、集成与非门SN74LS00N的2脚与集成与非门SN74LS00N的1脚连接，第一上限电压分压电阻R19的另一端接地；

电压比较器LM339AN的6脚、第一下限电压分压电阻R24的一端与第二下限电压分压电阻R25的一端连接，第二下限电压分压电阻R25的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第二上拉电阻R26一端接+5V，第二上拉电阻R26另一端、电压比较器LM339AN的1脚与集成与非门SN74LS00N的12脚连接，第一下限电压分压电阻R24的另一端接地，集成与非门SN74LS00N的5脚与11脚连接，集成与非门SN74LS00N的6脚与13脚连接；

本发明提出的锚泊自升降剖面监测浮标，其剖面监测数据的传输过程具有非接触特性，使得锚泊自升降监测浮标的剖面仪与浮标体可采用分离式设计，二者之间除系留缆外，无需添加额外的通信线路，既保证了数据通信的可靠性，同时也保障了监测浮标的安全性。此外，本发明提出的水下无线数据传输装置基于电磁感应原理，对于收、发线圈相对位置的方向性要求较低，可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传输，除此之外，该装置还具有成本低、功耗小等一系列优点，与水声通讯、水下光学通讯等背景技术相比，更加适合实现剖面仪与浮标体之间的近距离非接触式无线数据传输。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中数据传输示意图；

图3为图2中水下数据采集与存储模块和浮标数据转发模块示意图；

图4为图3中核心板总线示意图；

图5为图3中底板数据存储模块示意图；

图6为图3中底板剖面仪传感器数据接口模块示意图；

图7为图3中监测数据中转远程传输接口模块示意图；

图8为图3中控制量接口模块示意图；

图9为图3中调试接口模块示意图；

图10为图2中的耦合信号发送模块结构示意图；

图11为图2中的耦合信号接收模块结构示意图；

图12为图2中的发送线圈和接收线圈示意图；

图13为图10中的调制电路示意图；

图14为图11中的前端滤波电路示意图；

图15为图11中的检波电路示意图；

图16为图11中的数字信号还原电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示(图中曲线为水面)，基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标，包括天线1、浮标体2、浮标体仪器仓3、通讯收发模块4、水下剖面仪9、单向锁定开关10、剖面仪传感器13、系留缆14和配重块15。

浮标体2的顶部设置有天线1，浮标体2底部设置有下支架，下支架的底部与系留缆14的一端连接，系留缆14的另一端与配重块15连接，系留缆14上设置有单向锁定装置10，单向锁定装置10与水下剖面仪9的侧壁固定设置，剖面仪传感器13设置在水下剖面仪9内腔；

浮标体仪器仓3设置在浮标体2内，通讯收发模块4设置在浮标体仪器仓3内。浮标体仪器仓3内还设置有浮标数据转发模块5和耦合信号接收模块6，通讯收发模块4通过串口与浮标数据转发模块5信号连接，耦合信号接收模块6通过串口与浮标数据转发模块5信号连接；

系留缆14上还套接有耦合信号接收线圈7和耦合信号发送线圈8，耦合信号接收线圈7设置在下支架上并与耦合信号接收模块6信号连接；耦合信号发送线圈8与剖面仪9内腔中的耦合信号发送模块11信号连接，耦合信号发送模块11与水下数据采集与存储模块12信号连接，水下数据采集与存储模块12与剖面仪传感器13信号连接。

天线1可以选用数传电台天线或卫星通讯天线，耦合信号接收模块6与耦合信号接收线圈7采用双芯水密电缆连接；耦合信号发送模块11与耦合信号发送线圈8也采用双芯水密电缆连接；水下数据采集与存储模块12与耦合信号发送模块11采用RS232串口连接。

如图2所示，数据传输主要依靠水下数据采集与存储模块12、耦合信号发送模块11、耦合信号发送线圈8、耦合信号接收线圈7、耦合信号接收模块6以及浮标数据转发模块5。其中，水下数据采集与存储模块12与耦合信号发送模块11之间采用RS232串口相连接；耦合信号发送模块11与耦合信号发送线圈8之间可直接采用普通导线连接，耦合信号发送线圈8置于水下时需采用双芯水密导线；耦合信号接收线圈7与耦合信号接收模块6之间的连接方式与发送模块11、线圈8之间的连接方式类似；耦合信号接收模块6与浮标数据转发模块5之间采用RS232串口相连接。

如图3所示，水下数据采集与存储模块12包括核心板5-1和底板5-2，核心板5-1和底板5-2之间通过核心板总线5-3连接；所述的底板5-2包括数据存储模块5-2-1、剖面仪传感器数据接口模块5-2-2、监测数据中转远程传输接口模块5-2-3、控制量接口模块5-2-4以及调试接口模块5-2-5。其中，核心板5-1采用成都英创信息技术有限公司EM9160ARM9工控主板；核心板5-1与底板5-2之间采用核心板总线5-3相连接。

如图4所示，核心板总线5-3包含EM9160_CN1和EM9160_CN2两个针状双排插座。依据信号线间的相互逻辑关系以及实现的功能，可分为RJ45网络接口信号线(CN11-6)、USB接口信号线(CN17、8、23、24)、串口信号线(CN113-22、25、26、29-34)、GPIO接口信号线(CN110、12、35、36，CN28、33-36)以及扩展总线(CN23、7、9、10、12、13-24)。

核心板5-1以ARM9芯片AT91SAM9260为CPU，负责操作系统加载和系统初始化，借助核心板总线5-3实现核心板5-1与底板5-2之间的通讯、底板5-2各模块间的协调、剖面监测数据的采集与存储控制以及借助耦合信号发送模块11发送监测数据等功能。

如图5所示，数据存储模块5-2-1包括第一高频滤波电容C9、第二高频滤波电容C10、第三高频滤波电容C12、第四高频滤波电容C13、第一低频滤波电解电容C8、第二低频滤波电解电容C11、第一保险丝F1、第二保险丝F2、双排USB插头连接器CN2。第一高频滤波电容C9、第二高频滤波电容C10、第三高频滤波电容C12和第四高频滤波电容C13的容量值均为0.1uF，第一低频滤波电解电容C8和第二低频滤波电解电容C11容量值均为10uF，第一保险丝F1和第二保险丝F2熔断电流为0.5A。

第二高频滤波电容C10的一端和第一保险丝F1的一端接5V电源，第一保险丝F1的另一端、第一高频滤波电容C9的一端、第一低频滤波电解电容C8的正极与双排USB插头连接器CN2的1脚连接；第二高频滤波电容C10的另一端、第一高频滤波电容C9的另一端和第一低频滤波电解电容C8的负极均接地；

第四高频滤波电容C13的一端和第二保险丝F2的一端接5V电源，第二保险丝F2的另一端、第三高频滤波电容C12的一端、第二低频滤波电解电容C11的正极与双排USB插头连接器CN2的5脚连接；第四高频滤波电容C13的另一端、第三高频滤波电容C12的另一端和第二低频滤波电解电容C11的负极均接地；

双排USB插头连接器CN2的2、3、6、7脚分别接核心板总线5-3中EM9160_CN1的24、23、8、7脚，双排USB插头连接器CN2的4、8脚均接于信号地；双排USB插头连接器CN2的9-12脚均接于大地。

底板数据存储模块5-2-1的作用为提供U盘接口，可同时连接两个大容量U盘供核心板5-1访问，实现剖面监测数据的水下自容式存储或浮标体中转存储。

如图6所示，底板剖面仪传感器数据接口模块5-2-2包括第一电平转换芯片U3、第二电平转换芯片U4、第一倍压电解电容C20、第二倍压电解电容C21、第三倍压电解电容C22、第四倍压电解电容C23、第五倍压电解电容C24、第六倍压电解电容C25、第七倍压电解电容C26、第八倍压电解电容C27、第九倍压电解电容C28、第十倍压电解电容C29；第一倍压电解电容C20的正极与第一电平转换芯片U3的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第二倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U3的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U3的5脚连接，第三倍压电解电容C22的负极、第四倍压电解电容C23的正极和第一电平转换芯片U3的16脚接5V电源，第三倍压电解电容C22的正极与第一电平转换芯片U3的2脚连接，第四倍压电解电容C23的负极接地；第五倍压电解电容C24负极与第一电平转换芯片U3的6脚连接，正极接地；

第六倍压电解电容C25的正极与第二电平转换芯片U4的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第七倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U4的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U4的5脚连接，第八倍压电解电容C27的负极、第九倍压电解电容C28的正极和第二电平转换芯片U4的16脚接5V电源，第八倍压电解电容C27的正极与第二电平转换芯片U4的2脚连接，第九倍压电解电容C28的负极接地；第十倍压电解电容C29负极与第二电平转换芯片U4的6脚连接，正极接地；

倍压电解电容容量值均为0.1uF，第一电平转换芯片U3的9脚、10脚、11脚、12脚分别接核心板总线5-3中EM9160_CN1的25脚、30脚、26脚和29脚，U3的7脚、8脚分别接JP4的1脚、2脚，U3的14脚、13脚分别接JP5的1脚、2脚，U3的15、16脚分别接信号地和5V电源；U4的9脚、10脚、11脚、12脚分别接核心板总线5-3中EM9160_CN1的32脚、31脚、33脚和34脚，U4的7脚、8脚分别接JP6的1脚、2脚，U4的14脚、13脚分别接JP7的1、2脚，U4的15脚、16脚分别接信号地和5V电源，JP3的1、2脚直接接于核心板总线5-3中EM9160_CN1的21、22脚。

底板剖面仪传感器数据接口模块5-2-2可提供5个3线RS232串口。当底板5-1用于水下数据采集与存储模块12时，可借助这5个3线RS232串口同时访问5个测量不同参数的水下传感器以实现水下5种剖面监测数据的采集；而当底板5-1用于浮标数据转发模块5时，可在5个3线RS232串口中任选一个用于从耦合信号接收模块6中获取剖面监测数据。

如图7所示，监测数据中转远程传输接口模块5-2-3包括第三电平转换芯片U2，第十一倍压电解电容C15、第十二倍压电解电容C16、第十三倍压电解电容C17、第十四倍压电解电容C18、第十五倍压电解电容C19；第十一倍压电解电容C15正极与第三电平转换芯片U2的1脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的3脚连接，第十二倍压电解电容C16正极与第三电平转换芯片U2的4脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的5脚连接，第十三倍压电解电容C17负极、第十四倍压电解电容C18正极和第三电平转换芯片U2的16脚与5V电源连接；第十三倍压电解电容C17正极与第三电平转换芯片U2的2脚连接，第十四倍压电解电容C18负极接地，第十五倍压电解电容C19负极与第三电平转换芯片U2的6脚连接，正极接地；

五个倍压电解电容个容量值均为0.1uF，U2的11脚、12脚分别接核心板总线5-3中EM9160_CN1的14脚、13脚，U2的13、14脚分别接标准RS232DB9连接器JP2的3、2脚，U2的15、16脚分别接信号地和5V电源；JP2的5脚接信号地，JP2的1脚、4脚、6脚、7脚、8脚和9脚分别接核心板总线5-3中EM9160_CN1的20脚、18脚、17脚、16脚、15脚和19脚。

监测数据中转远程传输接口模块5-2-3提供一个标准9线RS232串口。当底板5-1用于水下数据采集与存储模块12时，可借助该9线RS232串口将数据发送至耦合信号发送模块11；当底板5-1用于浮标数据转发模块5时，该9线RS232串口用于将剖面监测数据发送至浮标数据转发模块5，再由浮标数据转发模块5进行剖面监测数据的远程转发。

如图8所示，控制量接口模块5-2-4包括状态指示灯供电调压器U5、第五高频滤波电容C3、第三低频滤波电解电容C4、第一IO状态指示灯DS2、第二IO状态指示灯DS3、第三IO状态指示灯DS4、第四IO状态指示灯DS5、第五IO状态指示灯DS6、第六IO状态指示灯DS7、第七IO状态指示灯DS8、第八IO状态指示灯DS8、第九IO状态指示灯DS10、第一限流电阻R7、第二限流电阻R8、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第五限流电阻R11、第六限流电阻R12、第七限流电阻R13、第八限流电阻R14、第九限流电阻R15；第五高频滤波电容C3一端、第三低频滤波电解电容C4正极与状态指示灯供电调压器U5的输出端连接；第五高频滤波电容C3另一端、第三低频滤波电解电容C4负极、状态指示灯供电调压器U5的接地端接接地；状态指示灯供电调压器U5的输入端接5V电源；

第一限流电阻R7一端、第二限流电阻R8一端、第三限流电阻R9一端、第四限流电阻R10一端、第五限流电阻R11一端、第六限流电阻R12一端、第七限流电阻R13一端、第八限流电阻R14一端、第九限流电阻R15一端并联后接状态指示灯供电调压器U5的输出端；第一限流电阻R7另一端接第一IO状态指示灯DS2的正极，第二限流电阻R8另一端接第二IO状态指示灯DS3的正极，第三限流电阻R9另一端接第三IO状态指示灯DS4的正极，第四限流电阻R10另一端接第四IO状态指示灯DS5的正极，第五限流电阻R11另一端接第五IO状态指示灯DS6的正极，第六限流电阻R12另一端接第六IO状态指示灯DS7的正极，第七限流电阻R13另一端接第七IO状态指示灯DS8的正极，第八限流电阻R14另一端接第八IO状态指示灯DS9的正极，第九限流电阻R15另一端接第九IO状态指示灯DS10的正极；

第五高频滤波电容C3容量值为0.1uF的、第三低频滤波电解电容C4容量值为10uF，控制量接口模块5-2-4可提供9个GPIO用于接收或输出数字开关信号，9个状态指示灯用于显示对应的GPIO口开关状态，便于调试。当底板5-1用于水下数据采集与存储模块12时，可借助这些GPIO实现对单向锁定开关10或其他相关水下设备的控制。

如图9所示，调试接口模块5-2-5包括网络隔离变压器U1、RJ45网络接头CN1、第一匹配电阻R1、第二匹配电阻R2、第三匹配电阻R3、第四匹配电阻R4、第六高频滤波电容C5、耐压电容C6和隔离电容C7；

第一匹配电阻R1的一端、第二匹配电阻R2的一端、第三匹配电阻R3的一端和第四匹配电阻R4的一端与耐压电容C6一端连接，耐压电容C6另一端与隔离电容C7一端连接，隔离电容C7另一端接地，第一匹配电阻R1的另一端与网络隔离变压器U1的10脚连接，第二匹配电阻R2的另一端与网络隔离变压器U1的15脚连接，第三匹配电阻R3的另一端与RJ45网络接头CN1的4脚和5脚连接，第四匹配电阻R4的另一端与RJ45网络接头CN1的7脚和8脚连接，网络隔离变压器U1的16脚与RJ45网络接头CN1的1脚连接，网络隔离变压器U1的14脚与RJ45网络接头CN1的脚连接，网络隔离变压器U1的11脚与RJ45网络接头CN1的3脚连接，网络隔离变压器U1的9脚与RJ45网络接头CN1的6脚连接，高频滤波电容C5的一端接网络隔离变压器U1的7脚，另一端接地；

第六高频滤波电容C5容量值为0.1uF，耐压电容C6参数为10nF/2kV，隔离电容C7容量值为0.1uF，U1的1脚、2脚、3脚、6脚和8脚分别接于核心板总线5-3中EM9160_CN1的1脚、9脚、2脚、3脚和4脚，U1的9脚、11脚、14脚、16脚分别接于CN1的6脚、3脚、2脚、1脚；CN1的11脚、12脚分别接于核心板总线5-3中EM9160_CN1的5、6脚；

调试接口模块5-2-5提供网络调试接口，用于程序调试。

如图10所示，耦合信号发送模块11由数据接口11-1、调制电路11-2、功放电路11-3构成。数据接口11-1通过串口与水下数据采集与存储模块12，调制电路11-2一端与数据接口11-1信号连接，另一端与功放电路11-3一端信号连接，功放电路11-3一端与调制电路11-2信号连接，另一端与耦合信号发送线圈8连接。其中，数据接口11-1采用RS232串口，用于连接水下数据采集与存储模块12，以便接收待发送的剖面监测数据；调制电路11-2用于将待发送数据信号采用幅度键控(ASK)方式调制到一定频率的载波信号上；功放电路采用甲乙类互补推挽功率放大电路，用于将经过调制的待发送数据信号进行功率放大。

如图11所示，耦合信号接收模块6由放大电路6-1、前端滤波电路6-2、检波电路6-3、后端滤波电路6-4、数字信号还原电路6-5和数据接口6-6构成。其中，放大电路6-1一端连接耦合信号接收线圈7，另一端与前端滤波电路6-2一端信号连接，前端滤波电路6-2另一端与检波电路6-3一端信号连接，检波电路6-3另一端与后端滤波电路6-4一端信号连接，后端滤波电路6-4与数字信号还原电路6-5一端信号连接，数字信号还原电路6-5另一端连接数据接口6-6。

其中，放大电路6-1采用集成运放构成的电压放大电路实现接收线圈7上微弱电压信号的放大；前端滤波电路采用集成运放构成的有源低通滤波器滤除传输过程中产生的高频噪声信号；检波电路用于获取已发生畸变的基带信号；后端滤波电路采用集成运放构成的有源低通滤波器，用于进一步滤除高频干扰信号；数字信号还原电路6-5用于将后端滤波电路6-4产生的模拟信号还原为数字信号；数据接口采用RS232串口将还原的数字信号传输至数据接收终端。

如图12所示，发送线圈8和接收线圈7的参数和绕制方法一致，均采用Φ1.2mm漆包线绕制，线圈形状为圆形，直径7.5cm，匝数为10。绕制好的线圈具有两个端子，若将线圈作为发送线圈8，则其中一个端子连接功放电路11-3的输出端，另一端连接耦合信号发送模块11的接地端；若将线圈作为接收线圈7，则其中一个端子连接放大电路6-1的输出端，另一端连接耦合信号接收模块6的接地端。

如图13所示，所述的调制电路11-2包括时基电路LM555，第一充放电电容C1、第二充放电电容C2，可调电阻R5、频率设置电阻R6、充放电引导二极管D1和运算放大器；第一充放电电容C1的一端和时基电路LM555的1脚接地，第一充放电电容C1的另一端与时基电路LM555的5脚连接，充放电引导二极管D1的阴极、时基电路LM555的6脚、时基电路LM555的2脚、频率设置电阻R6的一端与第二充放电电容C2的一端连接，第二充放电电容C2的另一端接地，频率设置电阻R6的另一端、充放电引导二极管D1的阳极和时基电路LM555的7脚与可调电阻R5一端连接，可调电阻R5另一端和时基电路LM555的8脚接5V电源，可调电阻R5的可调端与时基电路LM555的7脚连接；时基电路LM555的3脚与运算放大器的同相输入端连接，运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端连接。

调制电路5-2的作用就是将待发送数据进行ASK载波调制，LM555通过R5、R6、C2产生一定频率的方波信号，R5选用10KΩ的可变电阻，R6选用3KΩ电阻，C2选用0.001uF电容，通过调节R5的阻值就可产生频率为200KHz的载波，C1选用0.1uF电容，D1选用普通二极管，通过待发送数据在复位端的变化，就可以对信号进行ASK调制，并最终通过LM555的3引脚将调制后的信号输出，LM318N用做电压跟随器，增大输出信号的带负载能力。

如图14所示，所述的前端滤波电路6-2包括第一截止频率设置电容C6、第二截止频率设置电容C7，第一截止频率设置电阻R10、第二截止频率设置电阻R11、第一负反馈电阻R12、第二负反馈电阻R13和运算放大器OP07CN；

第二截止频率设置电阻R11一端、第一截止频率设置电容C6一端与第一截止频率设置电阻R10的一端连接，第二截止频率设置电阻R11另一端、第二截止频率设置电容C7一端与运算放大器OP07CN的同相输入端连接，第二截止频率设置电容C7另一端接地，第一截止频率设置电容C6另一端、第二负反馈电阻R13一端与运算放大器OP07CN的输出端连接，第二负反馈电阻R13另一端、第一负反馈电阻R12一端与运算放大器OP07CN的反相输入端连接，第一负反馈电阻R12另一端接地；

前端滤波电路6-2的作用为滤除信号传输过程中产生的高频噪声信号，C6、C7选择0.001uF电容，R10、R11选用680Ω电阻，R12选用10KΩ电阻，R13选用4.7KΩ电阻，与运算放大器OP07CN一起构成有源低通滤波器，滤除载波频率200KHz以外的高频噪声信号。经滤波后的信号输出至检波电路6-3。

如图15所示，所述的检波电路6-3包括整流二极管D4，第三充放电电容C8，充放电电阻R14，运算放大器LF351AN。整流二极管D4一端、第三充放电电容C8一端、充放电电阻R14一端与运算放大器LF351AN的同相输入端连接，第三充放电电容C8另一端和充放电电阻R14另一端接地，运算放大器LF351AN的反相输入端与运算放大器LF351AN的输出端连接。

检波电路6-3的作用是将调制在载波信号上的有用耦合信号解调出来，D4选用肖特基二极管，C8选用0.01uF电容，R14选用1.5KΩ电阻，D4、C8、R14构成标准的二极管整流检波电路，将波特率为9600bps的有用信号解调出来。LF351AN用作电压跟随器，增大输出信号的带负载能力。包络检波后的信号输出至后端滤波电路6-4。

如图16所示，所述的数字信号还原电路6-5包括滤波电容C12、第一偏置电阻R22、第二偏置电阻R23、第一上限电压分压电阻R19、第二上限电压分压电阻R20、第一下限电压分压电阻R24、第二下限电压分压电阻R25、第一上拉电阻R21、第二上拉电阻R26、电压比较器LM339AN和集成与非门SN74LS00N；

第一偏置电阻R22一端、第二偏置电阻R23一端、电压比较器LM339AN的5脚和电压比较器LM339AN的7脚与滤波电容C12的一端，电压比较器LM339AN的4脚、第一上限电压分压电阻R19的一端与第二上限电压分压电阻R20的一端连接，第二上限电压分压电阻R20的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第一上拉电阻R21一端接+5V，电压比较器LM339AN的2脚、第一上拉电阻R21另一端、集成与非门SN74LS00N的2脚与集成与非门SN74LS00N的1脚连接，第一上限电压分压电阻R19的另一端接地；

电压比较器LM339AN的6脚、第一下限电压分压电阻R24的一端与第二下限电压分压电阻R25的一端连接，第二下限电压分压电阻R25的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第二上拉电阻R26一端接+5V，第二上拉电阻R26另一端与电压比较器LM339AN的1脚连接，第一下限电压分压电阻R24的另一端接地；

数字信号还原电路6-5的作用是将后端滤波电路6-4输出的模拟信号转换为数字信号。电容C12选用10uF电容，用于使后端滤波电路6-4输出的信号更加平滑；电阻R19、R24选用1KΩ电阻，R20、R25选用10KΩ可变电阻，R21、R22、R23、R26选用10KΩ电阻，与LM339AN构成阈值比较电路，并与SN74LS00N构成施密特触发电路，将9600bps的数字信号还原出来，还原后的信号即为水下数据采集与存储模块12发出的剖面监测数据。

本发明的工作过程为：剖面仪在下降或升浮过程中其内部搭载的传感器通过传感器数据接口将剖面监测数据传输至水下数据采集与存储模块进行自容存储；当剖面仪上浮至浮标体底部一定距离范围内，耦合信号收发模块可以建立稳定的通讯连接时，水下数据采集与存储模块发送指令关闭单向锁定装置，剖面仪停止上浮，水下数据采集与存储模块将存储在SD卡或U盘中的剖面监测数据通过耦合信号发送和接收模块耦合传输至浮标数据转发模块；浮标数据转发模块获得剖面监测数据后，将其存储在自身的SD卡或U盘中，然后开启数传电台或者通讯卫星的通信功能，完成剖面监测数据的远程转发；之后，水下数据采集与存储模块发送指令打开单向锁定装置，剖面仪将再次下降，开始新的数据采集周期。

Claims (1)

1.基于感应耦合的锚泊自升降剖面监测浮标，包括天线、浮标体、浮标体仪器仓、通讯收发模块、水下剖面仪、单向锁定开关、剖面仪传感器、系留缆和配重块，其特征在于：

浮标体的顶部设置有天线，浮标体底部设置有下支架，下支架的底部与系留缆的一端连接，系留缆的另一端与配重块连接，系留缆上设置有单向锁定装置，单向锁定装置与水下剖面仪的侧壁固定设置，剖面仪传感器设置在水下剖面仪内腔；

浮标体仪器仓设置在浮标体内，通讯收发模块设置在浮标体仪器仓内；浮标体仪器仓内还设置有浮标数据转发模块和耦合信号接收模块，通讯收发模块通过串口与浮标数据转发模块信号连接，耦合信号接收模块通过串口与浮标数据转发模块信号连接；

系留缆上套接有耦合信号接收线圈和耦合信号发送线圈，耦合信号接收线圈设置在下支架上并与耦合信号接收模块信号连接；耦合信号发送线圈与剖面仪内腔中的耦合信号发送模块信号连接，耦合信号发送模块与水下数据采集与存储模块信号连接，水下数据采集与存储模块与剖面仪传感器信号连接；

所述的水下数据采集与存储模块包括核心板和底板，核心板和底板之间通过核心板总线连接；所述的底板包括数据存储模块、剖面仪传感器数据接口模块、监测数据中转远程传输接口模块、控制量接口模块以及调试接口模块。

数据存储模块包括第一高频滤波电容C9、第二高频滤波电容C10、第三高频滤波电容C12、第四高频滤波电容C13、第一低频滤波电解电容C8、第二低频滤波电解电容C11、第一保险丝F1、第二保险丝F2、双排USB插头连接器CN2；第二高频滤波电容C10的一端和第一保险丝F1的一端接5V电源，第一保险丝F1的另一端、第一高频滤波电容C9的一端、第一低频滤波电解电容C8的正极与双排USB插头连接器CN2的1脚连接；第二高频滤波电容C10的另一端、第一高频滤波电容C9的另一端和第一低频滤波电解电容C8的负极均接地；第四高频滤波电容C13的一端和第二保险丝F2的一端接5V电源，第二保险丝F2的另一端、第三高频滤波电容C12的一端、第二低频滤波电解电容C11的正极与双排USB插头连接器CN2的5脚连接；第四高频滤波电容C13的另一端、第三高频滤波电容C12的另一端和第二低频滤波电解电容C11的负极均接地；

剖面仪传感器数据接口模块包括第一电平转换芯片U3、第二电平转换芯片U4、第一倍压电解电容C20、第二倍压电解电容C21、第三倍压电解电容C22、第四倍压电解电容C23、第五倍压电解电容C24、第六倍压电解电容C25、第七倍压电解电容C26、第八倍压电解电容C27、第九倍压电解电容C28、第十倍压电解电容C29；第一倍压电解电容C20的正极与第一电平转换芯片U3的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第二倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U3的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U3的5脚连接，第三倍压电解电容C22的负极、第四倍压电解电容C23的正极和第一电平转换芯片U3的16脚接5V电源，第三倍压电解电容C22的正极与第一电平转换芯片U3的2脚连接，第四倍压电解电容C23的负极接地；第五倍压电解电容C24负极与第一电平转换芯片U3的6脚连接，正极接地；第六倍压电解电容C25的正极与第二电平转换芯片U4的1脚连接，负极与第一电平转换芯片U3的3脚连接，第七倍压电解电容C21的正极与第一电平转换芯片U4的4脚连接，负极与第二电平转换芯片U4的5脚连接，第八倍压电解电容C27的负极、第九倍压电解电容C28的正极和第二电平转换芯片U4的16脚接5V电源，第八倍压电解电容C27的正极与第二电平转换芯片U4的2脚连接，第九倍压电解电容C28的负极接地；第十倍压电解电容C29负极与第二电平转换芯片U4的6脚连接，正极接地；

监测数据中转远程传输接口模块包括第三电平转换芯片U2，第十一倍压电解电容C15、第十二倍压电解电容C16、第十三倍压电解电容C17、第十四倍压电解电容C18、第十五倍压电解电容C19；第十一倍压电解电容C15正极与第三电平转换芯片U2的1脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的3脚连接，第十二倍压电解电容C16正极与第三电平转换芯片U2的4脚连接，负极与第三电平转换芯片U2的5脚连接，第十三倍压电解电容C17负极、第十四倍压电解电容C18正极和第三电平转换芯片U2的16脚与5V电源连接；第十三倍压电解电容C17极与第三电平转换芯片U2的2脚连接，第十四倍压电解电容C18负极接地，第十五倍压电解电容C19负极与第三电平转换芯片U2的6脚连接，正极接地；

控制量接口模块包括状态指示灯供电调压器U5、第五高频滤波电容C3、第三低频滤波电解电容C4、第一IO状态指示灯DS2、第IO状态指示灯DS3、第三IO状态指示灯DS4、第四IO状态指示灯DS5、第五IO状态指示灯DS6、第六IO状态指示灯DS7、第七IO状态指示灯DS8、第八IO状态指示灯DS8、第九IO状态指示灯DS10、第一限流电阻R7、第二限流电阻R8、第三限流电阻R9、第四限流电阻R10、第五限流电阻R11、第六限流电阻R12、第七限流电阻R13、第八限流电阻R14、第九限流电阻R15；第五高频滤波电容C3一端、第三低频滤波电解电容C4正极与状态指示灯供电调压U5的输出端连接；第五高频滤波电容C3另一端、第三低频滤波电解电容C4负极、状态指示灯供电调压器U5的接地端接接地；状态指示灯供电调压器U5的输入端接5V电源；第一限流电阻R7一端、第二限流电阻R8一端、第三限流电阻R9一端、第四限流电阻R10一端、第五限流电阻R11一端、第六限流电阻R12一端、第七限流电阻R13一端、第八限流电阻R14一端和第九限流电阻R15一端并联后接状态指示灯供电调压器U5的输出端；第一限流电阻R7另一端接第一IO状态指示灯DS2的正极，第二限流电阻R8另一端接第二IO状态指示灯DS3的正极，第三限流电阻R9另一端接第三IO状态指示灯DS4的正极，第四限流电阻R10另一端接第四IO状态指示灯DS5的正极，第五限流电阻R11另一端接第五IO状态指示灯DS6的正极，第六限流电阻R12另一端接第六IO状态指示灯DS7的正极，第七限流电阻R13另一端接第七IO状态指示灯DS8的正极，第八限流电阻R14另一端接第八IO状态指示灯DS9的正极，第九限流电阻R15另一端接第九IO状态指示灯DS10的正极；

调试接口模块包括网络隔离变压器U1、RJ45网络接头CN1、第一匹配电阻R1、第二匹配电阻R2、第三匹配电阻R3、第四匹配电阻R4、第六高频滤波电容C5、耐压电容C6和隔离电容C7；第一匹配电阻R1的一端、第二匹配电阻R2的一端、第三匹配电阻R3的一端和第四匹配电阻R4的一端与耐压电容C6一端连接，耐压电容C6另一端与隔离电容C7一端连接后接大地，隔离电容C7另一端接地，第一匹配电阻R1的另一端与网络隔离变压器U1的10脚连接，第二匹配电阻R2的另一端与网络隔离变压器U1的15脚连接，第三匹配电阻R3的另一端与RJ45网络接头CN1的4脚和5脚连接，第四匹配电阻R4的另一端与RJ45网络接头CN1的7脚和8脚连接，网络隔离变压器U1的16脚与RJ45网络接头CN1的1脚连接，网络隔离变压器U1的14脚与RJ45网络接头CN1的2脚连接，网络隔离变压器U1的11脚与RJ45网络接头CN1的3脚连接，网络隔离变压器U1的9脚与RJ45网络接头CN1的6脚连接，高频滤波电容C5的一端接网络隔离变压器U1的7脚，另一端接地；

所述的耦合信号发送模块由数据接口、调制电路、功放电路构成；数据接口通过串口与水下数据采集与存储模块信号连接，调制电路一端与数据接口信号连接，另一端与功放电路一端信号连接，功放电路一端与调制电路信号连接，另一端与耦合信号发送线圈连接；

所述的耦合信号接收模块由放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路和数据接口构成；其中，放大电路一端连接耦合信号接收线圈，另一端与前端滤波电路一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电路另一端连接数据接口；

所述的调制电路包括时基电路LM555，第一充放电电容C1、第二充放电电容C2，可调电阻R5、频率设置电阻R6、二极管D1和运算放大器LM318N；第一充放电电容C1的一端和时基电路LM555的1脚接地，第一充放电电容C1的另一端与时基电路LM555的5脚连接，二极管D1的阴极、时基电路LM555的6脚、时基电路LM555的2脚、频率设置电阻R6的一端与第二充放电电容C2的一端连接，第二充放电电容C2的另一端接地，频率设置电阻R6的另一端、二极管D1的阳极和时基电路LM555的7脚与可调电阻R5一端连接，可调电阻R5另一端和时基电路LM555的8脚接5V电源，可调电阻R5的可调端与时基电路LM555的7脚连接；时基电路LM555的3脚与运算放大器LM318N的同相输入端连接，运算放大器LM318N的反相输入端与运算放大器LM318N的输出端连接；

所述的前端滤波电路6-2包括第一截止频率设置电容C6、第二截止频率设置电容C7，第一截止频率设置电阻R10、第二截止频率设置电阻R11、第一负反馈电阻R12、第二负反馈电阻R13和运算放大器OP07CN；第二截止频率设置电阻R11一端、第一截止频率设置电容C6一端与第一截止频率设置电阻R10的一端连接，第二截止频率设置电阻R11另一端、第二截止频率设置电容C7一端与运算放大器OP07CN的同相输入端连接，第二截止频率设置电容C7另一端接地，第一截止频率设置电容C6另一端、第二负反馈电阻R13一端与运算放大器OP07CN的输出端连接，第二负反馈电阻R13另一端、第一负反馈电阻R12一端与运算放大器OP07CN的反相输入端连接，第一负反馈电阻R12另一端接地；

所述的检波电路包括整流二极管D4，第三充放电电容C8，充放电电阻R14，运算放大器LF351AN；整流二极管D4一端、第三充放电电容C8一端、充放电电阻R14一端与运算放大器LF351AN的同相输入端连接，第三充放电电容C8另一端和充放电电阻R14另一端接地，运算放大器LF351AN的反相输入端与运算放大器LF351AN的输出端连接；

所述的数字信号还原电路包括滤波电解电容C12、第一偏置电阻R22、第二偏置电阻R23、第一上限电压分压电阻R19、第二上限电压分压电阻R20、第一下限电压分压电阻R24、第二下限电压分压电阻R25、第一上拉电阻R21、第二上拉电阻R26、电压比较器LM339AN和集成与非门SN74LS00N；

第一偏置电阻R22一端、第二偏置电阻R23一端、电压比较器LM339AN的5脚和电压比较器LM339AN的7脚与滤波电容C12的负端连接，电压比较器LM339AN的4脚、第一上限电压分压电阻R19的一端与第二上限电压分压电阻R20的一端连接，第二上限电压分压电阻R20的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第一上拉电阻R21一端接+5V，电压比较器LM339AN的2脚、第一上拉电阻R21另一端、集成与非门SN74LS00N的2脚与集成与非门SN74LS00N的1脚连接，第一上限电压分压电阻R19的另一端接地；

电压比较器LM339AN的6脚、第一下限电压分压电阻R24的一端与第二下限电压分压电阻R25的一端连接，第二下限电压分压电阻R25的另一端、电压比较器LM339AN的3脚和第二上拉电阻R26一端接+5V，第二上拉电阻R26另一端、电压比较器LM339AN的1脚与集成与非门SN74LS00N的12脚连接，第一下限电压分压电阻R24的另一端接地，集成与非门SN74LS00N的5脚与11脚连接，集成与非门SN74LS00N的6脚与13脚连接。

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