CN108230656B - 一种微型无线水声通信节点电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型无线水声通信节点电路。本发明的水声通信节点电路有两种工作模式：发射模式和接收模式。两种模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路。本发明的无线水声通信节点电路具有体积小、成本低、功耗低等特点，将其应用于海洋环境观测传感器网络中，不仅可以降低整个水声传感器网络的建设经费，还可以延长其持续工作的时间。

Description

一种微型无线水声通信节点电路

技术领域

本发明属于海洋环境监测技术领域，具体涉及一种微型无线水声通信节点电路，可广泛应用于海洋环境监测水声传感器网络中。

背景技术

进入21世纪以来，因为陆地资源的不断枯竭，人类加快了对于海洋世界开发的脚步，全世界对于海洋资源的需求日益强烈。在海洋环境的地质勘探中，水下通信技术是其中的关键技术。由于电磁波信号在水中会有非常严重的衰减，光波在水下的传输路径几乎是一条直线导致其方向难以校对，而声波在水中的衰减系数较小，约为10^-4dB/m到10^-2dB/m，并且传输方向容易校对，因此对于水下信息传输来说，声波是非常合适的传输介质，因此目前水下通信基本上以水声通信技术为主。

目前国内外研制了一些用于海洋环境监测的水声传感器电路，具有非常强大的信号处理能力，一些较为成熟的电路已经产品化商用化，但是目前水声通信节点普遍体积较大、造价昂贵、功耗较高，使用成本非常高，而且其高功耗特性也使系统的连续工作周期较短。国外销售的水声通信电路技术保密，价格往往超过10万元，如果想要部署大规模的水声传感器网络，代价非常巨大。为了降低无线水声传感器网络的整体成本，保证其能长时间可靠地进行水下信息收集和传递，体积小、成本低、功耗低的水声通信节点电路研制显得十分重要。目前海洋环境监测水声传感器网络的需求日益增长，水声传感器网络中具有大量的水声通信节点电路，因此要求水声通信节点电路价格较低、体积较小、功耗较低。本发明提供了一种微型无线水声通信节点电路，用单片机电路和信号处理电路实现了数据采集、编码、调制与传输，可作为大规模水声传感器网络中的节点电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型无线水声通信节点电路的设计方案，该节点电路能克服传统水声传感器节点体积大、高成本、高功耗等缺点。

本发明的水声通信节点电路有两种工作模式：发射模式和接收模式。两种模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路。

所述的电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12。接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连。电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND。电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连。电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连。电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连。电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连。电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND。电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND。电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连。

所述的主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11。电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出。主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连。电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND。电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND。主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND。下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连。下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连。下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND。主控芯片U6的89脚和电阻R9的一端接输入电压VCC3V，电阻R9的另一端和主控芯片U6的87脚相连。电容C20的一端和主控芯片U6的86脚相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的3脚和主控芯片U6的84脚相连，有源晶振Y2的4脚、电容C20的一端和输入电压VCC3V相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的1脚、主控芯片U6的83脚、76脚、电容C21的一端都接地DGND，电容C21的另一端和主控芯片U6的81脚相连。主控芯片U6的64脚、电容C22的一端都接输入电压VCC3V，电容C22的另一端、主控芯片U6的63脚都接地DGND。电阻R11的一端和输入电压VCC3V相连，电阻R11的另一端和发光二极管D4的正极相连，发光二极管D4的负极和主控芯片U6的57脚相连。

所述的工作模式切换电路包括继电器开关K1、K2，二极管D5、D6，三极管Q1、Q2、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C23、C24。电容C23的一端、电阻R15的一端都接输入电压5V，电容C23的另一端接地DGND，电阻R15的另一端、二极管D5的阴极、继电器开关K1的1脚相连，继电器开关K1的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K1的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K1的2脚、二极管D5的阳极、三极管Q1的2脚相连，三极管Q1的1脚、电阻R13的一端、电阻R12的一端相连，三极管Q1的3脚、电阻R13的另一端和地DGND相连，电阻R12的另一端和主控芯片U6的43脚相连。电容C24的一端、电阻R16的一端都接输入电压5V，电容C24的另一端接地DGND，电阻R16的另一端、二极管D6的阴极、继电器开关K2的1脚相连，继电器开关K2的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K2的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K2的2脚、二极管D6的阳极、三极管Q2的2脚相连，三极管Q2的1脚、电阻R17的一端、电阻R14的一端相连，三极管Q2的3脚、电阻R17的另一端和地DGND相连，电阻R14的另一端和主控芯片U6的44脚相连。

所述的信号调制电路包括调制芯片U7，电阻R18、R19、R20，滑动变阻器R21、R22、R23，电容C25、C26、C27、C28。调制芯片U7的1脚接地GND，调制芯片U7的2脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接FSK_OUT。调制芯片U7的3脚和滑动变阻器R21的一端相连，滑动变阻器R21的另一端、电阻R20的一端、电阻R19的一端、电容C26的正极相连，电阻R20的另一端接输入电压VCC_12V，电容C26的负极、电阻R19的另一端都接地GND。调制芯片U7的4脚接输入电压VCC_12V，调制芯片U7的5脚和电容C27的一端相连，电容C27的另一端和调制芯片U7的6脚相连。调制芯片U7的7脚和滑动变阻器R22的一端相连，滑动变阻器R22的另一端、滑动变阻器R23的一端相连并接地GND，滑动变阻器R23的另一端和调制芯片U7的8脚相连。调制芯片U7的9脚和主控芯片U6的37脚相连，调制芯片U7的10脚和电容C28的正极相连，电容C28的负极和调制芯片U7的12脚都接地GND。电阻R18的一端接调制芯片U7的14脚，电阻R18的另一端接调制芯片U7的13脚。

所述的信号驱动电路包括全桥驱动芯片U8，正相驱动芯片U9、U10，电阻R24、R25、R26、R27、R28，电容C29、C30、C31、C32、C33、C34。电阻R24的一端接FSK_OUT，电阻R24的另一端和全桥驱动芯片U8的1脚相连，全桥驱动芯片U8的3脚和输入电压5V相连，全桥驱动芯片U8的4脚和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的5脚、电阻R27的一端、主控芯片U6的38脚相连，电阻R27的另一端、全桥驱动芯片U8的8脚、电容C34的一端都接输入电压5V，电容C34的另一端和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的6脚和电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端和地DGND相连。全桥驱动芯片U8的9脚和地GND相连，全桥驱动芯片U8的16脚、11脚、电容C30的一端都和输入电压VCC_12V相连，电容C30的另一端、全桥驱动芯片U8的14脚和地GND相连。全桥驱动芯片U8的15脚和电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端和正相驱动芯片U9的2脚相连，正相驱动芯片U9的1脚、电容C31的正极和输入电压VCC_12V相连，电容C31的负极和地GND相连，正相驱动芯片U9的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U9的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U9的8脚、电容C29的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C29的另一端和地GND相连。全桥驱动芯片U8的10脚和电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端和正相驱动芯片U10的2脚相连，正相驱动芯片U10的1脚、电容C32的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C32的另一端和地GND相连，正相驱动芯片U10的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U10的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U10的8脚、电容C33的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C33的另一端和地GND相连。

所述的信号功率放大电路包括MOS管Q3、Q4，二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14，变压器T1，电感L3，电容C35、C36、C37、C38、C39，电阻R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35。电阻R30的一端、电容C37的一端和正相驱动芯片U9的6脚相连，电阻R30的另一端、电容C37的另一端、二极管D7的阴极、电阻R31的一端和MOS管Q3的1脚相连，二极管D7的阳极和电阻R31的另一端接地GND。MOS管Q3的2脚、电阻R29的一端、二极管D8的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的3脚相连，电阻R29的另一端、二极管D8的阴极与电容C38的一端相连，电容C38的另一端、二极管D9的阳极相连、MOS管Q3的3脚都接地GND。电阻R35的一端、电容C41的一端和正相驱动芯片U10的6脚相连，电阻R35的另一端、电容C41的另一端、二极管D14的阴极、电阻R35的一端和MOS管Q4的1脚相连，二极管D14的阳极和电阻R35的另一端接地GND。MOS管Q4的2脚、电阻R33的一端、二极管D11的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的5脚相连，电阻R33的另一端、二极管D11的阴极、电容C36的一端相连，二极管D10的阳极、电容C36的另一端、MOS管Q4的3脚都接地GND。变压器T1的4脚、电容C39的正极都和输入电压+24V相连，电容C39的负极和地GND相连，变压器T1的2脚、电阻R32的一端、电感L3的一端相连，变压器T1的1脚、电阻R32的另一端都和地AGND相连，电感L3的另一端、二极管D12的阳极、二极管D13的阴极相连二极管D12的阴极、二极管D13的阳极相连。

所述的水声换能器接口电路包括接插件J2、电阻R36、二极管D14、二极管D15。接插件J2的1脚、接插件J2的2脚、电阻R36的一端和二极管D12的阴极相连，电阻R36的另一端、二极管D14的阴极、二极管D15的阳极相连，接插件J2的3脚、接插件J2的4脚、二极管D14的阳极、二极管D15的阴极都和地AGND相连。

所述的信号可控增益放大电路包括运放芯片U11、U12、U13，电阻R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50，电容C40、C41、C42、C43、C44、C45、C46，开关二极管D5。运放芯片U11的5脚和二极管D15的阳极相连，运放芯片U11的2脚和电阻R44的一端相连，运放芯片U11的15脚和电阻R44的另一端相连，运放芯片U11的4脚和地AGND相连，运放芯片U11的7脚、电阻R48的一端、电容C42的一端相连，电阻R48的另一端接输入电压N_5VA，电容C42的另一端接地AGND，运放芯片U11的13脚、电阻R37的一端、电容C43的一端相连，电阻R37的另一端接输入电压P_5VA，电容C43的另一端接地AGND，运放芯片U11的10脚和地AGND相连，运放芯片U11的11脚和电容C45的一端相连，电容C45的另一端、电阻R45的一端、电阻R43的一端相连，电阻R45的另一端接地AGND。电阻R43的另一端、运放芯片U12的2脚、电阻R47的一端、开关二极管D16的3脚相连，运放芯片U12的6脚、电阻R47的另一端、开关二极管D16的1脚、开关二极管D16的2脚、电阻R42的一端相连，运放芯片U12的4脚、电阻R50的一端、电容C46的一端相连，电阻R50的另一端和输入电压N_5VA，电容C48的另一端接地AGND，运放芯片U12的7脚、电阻R38的一端、电容C44的一端相连，电阻R38的另一端和输入电压P_5VA，电容C44的另一端接地AGND。电阻R42的另一端、运放芯片U13的2脚、电阻R46的一端相连，运放芯片U13的6脚、电阻R46的另一端相连，运放芯片U13的4脚、电阻R49的一端、电容C45的一端相连，电阻R49的另一端和输入电压N_5VA，电容C45的另一端接地AGND，运放芯片U13的7脚、电阻R39的一端、电容C42的一端相连，电阻R39的另一端和输入电压P_5VA，电容C42的另一端接地AGND。

所述的信号带通滤波电路包括滤波芯片U14、电阻R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R60、R61、R62、R63、R64，电容C47、C48、C49、C50。电阻R52的一端和运放芯片U13的6脚相连，电阻R52的另一端、滤波芯片U14的1脚、电阻R53的一端、电阻R56的一端相连，滤波芯片U14的2脚、电阻R53的另一端、电阻R51的一端相连，电阻R51的另一端和滤波芯片U14的20脚相连，滤波芯片U14的3脚和电阻R56的另一端相连，滤波芯片U14的4脚、7脚、电容C49的一端、电阻60的一端相连，电容C49的另一端接地AGND，电阻R60的另一端和N_5VA相连。滤波芯片U14的5脚、电阻R59的一端、电容C50的一端相连，电容C50的另一端接地AGND，电阻R59的另一端和P_5VA相连。滤波芯片U14的6脚和地AGND相连，滤波芯片U14的8脚和电阻R64的一端相连，滤波芯片U14的9脚、电阻R58的一端、电容C48的一端相连，电阻R64的另一端、电阻R58的另一端、滤波芯片U14的10脚和电阻R62的一端相连。电容C48的另一端、滤波芯片U14的11脚、电阻R63的一端、电阻R55的一端相连，电阻R63的另一端、滤波芯片U14的13脚相连，电阻R55的另一端和滤波芯片U14的12脚相连。电阻R62的另一端、滤波芯片U14的19脚和电阻R54的一端相连，电阻R54的另一端、电阻R57的一端、滤波芯片U14的20脚相连，电阻R57的另一端和滤波芯片U14的18脚相连。滤波芯片U14的14脚、16脚、17脚、电阻R61的一端、电容C47的一端相连，电容C47的另一端和地AGND相连，电阻R61的另一端和输入电压N_5VA相连，滤波芯片U14的15脚和地AGND相连。

所述的信号解调电路包括解调芯片U15、电阻R65、R66、R67、R68、R69、R70、滑动变阻器R71，电容C51、C52、C53、C54、C55。解调芯片U15的1脚和输入电压12V相连，解调芯片U15的3脚、电容C51的一端、电阻R66的一端相连，电容C51的另一端、电阻R66的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的4脚和地AGND相连，解调芯片U15的5脚和电阻R68的一端相连，解调芯片U15的6脚、7脚、电阻R69的一端和主控芯片U6的97脚相连，电阻R68的另一端、电阻R69的另一端和输入电压12V相连。解调芯片U15的8脚、电容C55的一端、电阻R70的一端相连，电容C55的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的10脚和电容C53的一端相连，电容C53的另一端和地AGND相连，电阻R70的另一端、解调芯片U15的11脚、电容C54的一端、电阻R65的一端相连，电容C54的另一端和地AGND相连，电阻R65的另一端、解调芯片U15的12脚、电阻R67的一端相连，电阻R67的另一端、滑动变阻器R71的一端相连，滑动变阻器R71的另一端接地AGND，解调芯片U15的13脚和电容C52的一端相连，电容C52的另一端和解调芯片U15的14脚相连。

所述的对外串行接口电路包括串口芯片U16，串口接口J2，电容C56、C57、C58、C59、C60。串口芯片U16的1脚和电容C57的一端相连，电容C57的另一端和串口芯片U16的3脚相连，串口芯片U16的2脚和电容C60的一端相连，电容C60的另一端和输入电压VCC3V相连，串口芯片U16的4脚和电容C58的一端相连，电容C58的另一端和串口芯片U16的5脚相连，串口芯片U16的6脚和电容C59的一端相连，电容C59的另一端和地DGND相连。串口芯片U16的11脚和主控芯片U6的21脚相连，串口芯片U16的12脚和主控芯片U6的22脚相连，串口芯片U16的13脚和串口接口J2的3脚相连，串口芯片U16的14脚和串口接口J2的2脚相连，串口芯片U16的15脚、电容C56的一端都和地DGND相连，电容C56的另一端、串口芯片U16的16脚和输入电压VCC3V相连，串口接口J2的5脚和地DGND相连。

本发明中的电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5、主控芯片U6、继电器开关K1、K2、调制芯片U7、全桥驱动芯片U8、正相驱动芯片U9、U10、变压器T1、运放芯片U11、U12、U13、滤波芯片U14、解调芯片U15、串口芯片U16均采用成熟产品。电源转换芯片U1采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRF2405S-1WR2，电源芯片U2采用的是TI公司的开关电源芯片TPS79633，电源芯片U3、U4采用的是ST意法半导体公司的稳压电源芯片L7812，电源芯片U5采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRE2405S-1WR2，主控芯片U6采用的是TI公司的MSP430F5535，继电器开关K1、K2采用的是北京博为同创电子科技有限公司的继电器开关G6S-2-Y，调制芯片U7采用的是Exar公司的FSK调制芯片XR2206，全桥驱动芯片U8采用的是 Silicon Labs公司推出的驱动芯片Si824BB，正向驱动芯片U9、U10采用的是深圳安顺盛电子科技有限公司的驱动芯片MIC4422B，变压器T1采用的是重庆ABB变压器有限公司的SJL双线圈电源变压器，运放芯片U11采用的是TI公司推出的INA217，运放芯片U12、U13采用的是ADI公司推出的OP184ES，滤波芯片U14采用的是深圳鹏盛达电子有限公司的LTC1562，解调芯片U15采用的是Exar公司的FSK解调芯片XR2211，串口芯片U16采用的是MAXIM公司推出的串口通讯芯片MAX3232。

本发明的工作过程如下：主控芯片U6通过控制继电器开关K1、K2来控制发射部分电路、接收部分电路的输入电源，进而决定整体发明电路的工作模式：发送模式和接收模式。在发送模式时，串口芯片U16将来自外部传感器的数字信号传输到主控芯片U6上进行整合处理，调制芯片U7对整理后的数字信号调制成FSK信号，以增加信号在水下的抗干扰性；随后全桥驱动芯片U8以及正相驱动芯片U9、U10负责对已调制的信号进行双路驱动并放大信号的幅度，最后变压器T1对信号进行升压，使其功率能放大到驱动水声换能器工作，水声换能器将功率放大后的已调制电信号转换为声信号，并传输到水下进行发送。在接收模式时，水声换能器将接收到的声信号转换为微弱的电信号，运放芯片U11、U12、U13对该微弱的电信号进行多级放大，随后将放大后的信号传输到滤波芯片U14进行带通滤波，目的是将电信号的环境噪声滤除，FSK解调芯片U15负责将滤波后的电信号解调还原成数字信号并将其传输到主控芯片U6上进行整合处理。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：本发明的无线水声通信节点电路具有体积小、成本低、功耗低等特点，将其应用于海洋环境观测传感器网络中，不仅可以降低整个水声传感器网络的建设经费，还可以延长其持续工作的时间。

附图说明

图1是本发明的整体电路示意图。

图2是本发明的电源电路示意图。

图3是本发明的主控电路示意图。

图4是本发明的工作模式切换电路示意图。

图5是本发明的信号调制电路示意图。

图6是本发明的信号驱动电路示意图。

图7是本发明的信号功率放大电路示意图。

图8是本发明的水声换能器接口电路示意图。

图9是本发明的信号可控增益放大电路示意图。

图10是本发明的信号带通滤波电路示意图。

图11是本发明的信号解调电路示意图。

图12是本发明的对外串行接口电路示意图。

具体实施方式

本实施例包括电源电路1，主控电路2，工作模式切换电路3，信号调制电路4，信号驱动电路5，信号功率放大电路6，水声换能器接口电路7，信号可控增益放大电路8，信号带通滤波电路9，信号解调电路10，对外串行接口电路11。

如图1所示，电源电路1给主控电路2提供3V电源，给工作模式切换电路3提供5V、24V电源，给信号调制电路4提供12V电源，给信号驱动电路5提供5V、12V电源，给信号功率放大电路6提供24V电源，给信号可控增益放大电路8提供5V、-5V电源，给信号带通滤波电路9提供5V、-5V电源，给信号解调电路提供12V电源，给对外串行接口电路11提供3V电源。主控电路2通过控制工作模式切换电路3来决定整体电路的工作模式：发送模式和接收模式，在发送模式时，对外串行接口电路11将来自外部传感器的数字信号传输到主控电路2进行整合处理，信号调制电路4对整理后的数字信号调制成FSK信号，以增加信号在水下的抗干扰性；随后信号驱动电路5负责对已调制的信号进行双路驱动并放大信号的幅度，最后信号功率放大电路6对信号进行升压，并传输到水声换能器接口电路7，水声换能器将功率放大后的已调制电信号转换为声信号，随后将其传输到水下进行发送。在接收模式时，水声换能器接口电路7将接收到的声信号转换为微弱的电信号，信号可控增益放大电路8对该微弱的电信号进行多级放大，随后将放大后的信号传输到信号带通滤波电路9进行滤波，目的是将电信号的环境噪声滤除，信号解调电路10负责将滤波后的电信号解调还原成数字信号并将其传输到主控电路2上进行整合处理。

如图2所示，电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12。电源转换芯片U1采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRF2405S-1WR2，电源芯片U2采用的是TI公司的开关电源芯片TPS79633，电源芯片U3、U4采用的是ST意法半导体公司的稳压电源芯片L7812，电源芯片U5采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRE2405S-1WR2。电源芯片U1将输入的电源VCC_24V转换为5V电源输出，给工作模式切换电路3、信号驱动电路5、信号可控增益放大电路8以及信号带通滤波电路9提供电源；电源芯片U1将5V电源转换成VCC3V电源输出，给主控电路2、对外串行接口电路11提供电源；电源芯片U3将发送模式时的+24V输入电源转换成VCC_12V电源输出，给信号调制电路4和信号驱动电路5提供电源；电源芯片U4将接收模式时的+24VA电源转换成12V电源输出，给信号解调电路10提供电源；电源芯片PW1将接收模式时的+24VA电源转换成N_5VA、P_5VA电源输出，给信号可控增益放大电路8以及信号带通滤波电路9提供电源。接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连。电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND。电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连。电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连。电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连。电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连。电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND。电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND。电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连。

如图3所示，主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11。主控芯片U6采用美国TI公司的MSP430F5535，电容C16、C17以及无源晶振Y1构成了低速无源晶振电路，有源晶振Y2、电容C20构成高速有源晶振电路，有源晶振U3、电容C15构成高速有源晶振电路，这三部分晶振电路为主控芯片U6提供三种需要的工作时钟。电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出。主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连。电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND。电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND。主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND。下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连。下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连。下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND。主控芯片U6的89脚和电阻R9的一端接输入电压VCC3V，电阻R9的另一端和主控芯片U6的87脚相连。电容C20的一端和主控芯片U6的86脚相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的3脚和主控芯片U6的84脚相连，有源晶振Y2的4脚、电容C20的一端和输入电压VCC3V相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的1脚、主控芯片U6的83脚、76脚、电容C21的一端都接地DGND，电容C21的另一端和主控芯片U6的81脚相连。主控芯片U6的64脚、电容C22的一端都接输入电压VCC3V，电容C22的另一端、主控芯片U6的63脚都接地DGND。电阻R11的一端和输入电压VCC3V相连，电阻R11的另一端和发光二极管D4的正极相连，发光二极管D4的负极和主控芯片U6的57脚相连。

如图4所示，工作模式切换电路包括继电器开关K1、K2，二极管D5、D6，三极管Q1、Q2、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C23、C24。继电器开关K1、K2采用的是北京博为同创电子科技有限公司的继电器开关G6S-2-Y，初始阶段继电器开关K1、K2均断开。当主控芯片设置CTR_Power脚为高电平，CTR_Recevier脚为低电平时，三极管Q1导通，继电器开关K1闭合，发射部分电路需要的输入电源+24V 有效，整体电路工作模式切换为发送模式；同理，当主控芯片设置CTR_Power脚为低电平，CTR_Recevier脚为高电平时，三极管Q2导通，继电器开关K2闭合，接收部分电路需要的输入电源+24VA有效，整体电路工作模式切换为接收模式。电容C23的一端、电阻R15的一端都接输入电压5V，电容C23的另一端接地DGND，电阻R15的另一端、二极管D5的阴极、继电器开关K1的1脚相连，继电器开关K1的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K1的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K1的2脚、二极管D5的阳极、三极管Q1的2脚相连，三极管Q1的1脚、电阻R13的一端、电阻R12的一端相连，三极管Q1的3脚、电阻R13的另一端和地DGND相连，电阻R12的另一端和主控芯片U6的43脚相连。电容C24的一端、电阻R16的一端都接输入电压5V，电容C24的另一端接地DGND，电阻R16的另一端、二极管D6的阴极、继电器开关K2的1脚相连，继电器开关K2的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K2的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K2的2脚、二极管D6的阳极、三极管Q2的2脚相连，三极管Q2的1脚、电阻R17的一端、电阻R14的一端相连，三极管Q2的3脚、电阻R17的另一端和地DGND相连，电阻R14的另一端和主控芯片U6的44脚相连。

如图5所示，信号调制电路包括调制芯片U7，电阻R18、R19、R20，滑动变阻器R21、R22、R23，电容C25、C26、C27、C28。调制芯片U7采用的是Exar公司的FSK调制芯片XR2206，该部分电路作用是将主控芯片U6传来的数字信号转换为FSK调制信号，以增加信号在水下的抗干扰性。调制芯片U7的1脚接地GND，调制芯片U7的2脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接FSK_OUT。调制芯片U7的3脚和滑动变阻器R21的一端相连，滑动变阻器R21的另一端、电阻R20的一端、电阻R19的一端、电容C26的正极相连，电阻R20的另一端接输入电压VCC_12V，电容C26的负极、电阻R19的另一端都接地GND。调制芯片U7的4脚接输入电压VCC_12V，调制芯片U7的5脚和电容C27的一端相连，电容C27的另一端和调制芯片U7的6脚相连。调制芯片U7的7脚和滑动变阻器R22的一端相连，滑动变阻器R22的另一端、滑动变阻器R23的一端相连并接地GND，滑动变阻器R23的另一端和调制芯片U7的8脚相连。调制芯片U7的9脚和主控芯片U6的37脚相连，调制芯片U7的10脚和电容C28的正极相连，电容C28的负极和调制芯片U7的12脚都接地GND。电阻R18的一端接调制芯片U7的14脚，电阻R18的另一端接调制芯片U7的13脚。

如图6所示，信号驱动电路包括全桥驱动芯片U8，正相驱动芯片U9、U10，电阻R24、R25、R26、R27、R28，电容C29、C30、C31、C32、C33、C34。全桥驱动芯片U8采用的是 SiliconLabs公司推出的驱动芯片Si824BB，正向驱动芯片U9、U10采用的是深圳安顺盛电子科技有限公司的驱动芯片MIC4422B，该部分电路的作用是对已调制的信号进行双路驱动并放大信号的幅度。电阻R24的一端接FSK_OUT，电阻R24的另一端和全桥驱动芯片U8的1脚相连，全桥驱动芯片U8的3脚和输入电压5V相连，全桥驱动芯片U8的4脚和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的5脚、电阻R27的一端、主控芯片U6的38脚相连，电阻R27的另一端、全桥驱动芯片U8的8脚、电容C34的一端都接输入电压5V，电容C34的另一端和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的6脚和电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端和地DGND相连。全桥驱动芯片U8的9脚和地GND相连，全桥驱动芯片U8的16脚、11脚、电容C30的一端都和输入电压VCC_12V相连，电容C30的另一端、全桥驱动芯片U8的14脚和地GND相连。全桥驱动芯片U8的15脚和电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端和正相驱动芯片U9的2脚相连，正相驱动芯片U9的1脚、电容C31的正极和输入电压VCC_12V相连，电容C31的负极和地GND相连，正相驱动芯片U9的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U9的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U9的8脚、电容C29的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C29的另一端和地GND相连。全桥驱动芯片U8的10脚和电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端和正相驱动芯片U10的2脚相连，正相驱动芯片U10的1脚、电容C32的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C32的另一端和地GND相连，正相驱动芯片U10的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U10的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U10的8脚、电容C33的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C33的另一端和地GND相连。

如图7所示，信号功率放大电路包括MOS管Q3、Q4，二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14，变压器T1，电感L3，电容C35、C36、C37、C38、C39，电阻R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35。变压器T1采用的是重庆ABB变压器有限公司的SJL双线圈电源变压器，该部分电路的作用是将信号功率放大到380W，使得能驱动水声换能器能正常工作。电阻R30的一端、电容C37的一端和正相驱动芯片U9的6脚相连，电阻R30的另一端、电容C37的另一端、二极管D7的阴极、电阻R31的一端和MOS管Q3的1脚相连，二极管D7的阳极和电阻R31的另一端接地GND。MOS管Q3的2脚、电阻R29的一端、二极管D8的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的3脚相连，电阻R29的另一端、二极管D8的阴极与电容C38的一端相连，电容C38的另一端、二极管D9的阳极相连、MOS管Q3的3脚都接地GND。电阻R35的一端、电容C41的一端和正相驱动芯片U10的6脚相连，电阻R35的另一端、电容C41的另一端、二极管D14的阴极、电阻R35的一端和MOS管Q4的1脚相连，二极管D14的阳极和电阻R35的另一端接地GND。MOS管Q4的2脚、电阻R33的一端、二极管D11的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的5脚相连，电阻R33的另一端、二极管D11的阴极、电容C36的一端相连，二极管D10的阳极、电容C36的另一端、MOS管Q4的3脚都接地GND。变压器T1的4脚、电容C39的正极都和输入电压+24V相连，电容C39的负极和地GND相连，变压器T1的2脚、电阻R32的一端、电感L3的一端相连，变压器T1的1脚、电阻R32的另一端都和地AGND相连，电感L3的另一端、二极管D12的阳极、二极管D13的阴极相连二极管D12的阴极、二极管D13的阳极相连。

如图8所示，水声换能器接口电路包括接插件J2、电阻R36、二极管D14、二极管D15。该部分电路的作用是外接水声换能器，发射模式时负责将功率放大的以调制信号发送给换能器，接收模式时负责接收水声换能器接收到的微弱电信号。接插件J2的1脚、接插件J2的2脚、电阻R36的一端和二极管D12的阴极相连，电阻R36的另一端、二极管D14的阴极、二极管D15的阳极相连，接插件J2的3脚、接插件J2的4脚、二极管D14的阳极、二极管D15的阴极都和地AGND相连。

如图9所示，信号可控增益放大电路包括运放芯片U11、U12、U13，电阻R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50，电容C40、C41、C42、C43、C44、C45、C46，开关二极管D5。运放芯片U11采用的是TI公司推出的INA217，运放芯片U12、U13采用的是ADI公司推出的OP184ES，该部分电路的作用是将接收到的微弱电信号进行放大，为了保证信号的还原，需要根据信号在水下的衰减程度来控制放大的增益。运放芯片U11的5脚和二极管D15的阳极相连，运放芯片U11的2脚和电阻R44的一端相连，运放芯片U11的15脚和电阻R44的另一端相连，运放芯片U11的4脚和地AGND相连，运放芯片U11的7脚、电阻R48的一端、电容C42的一端相连，电阻R48的另一端接输入电压N_5VA，电容C42的另一端接地AGND，运放芯片U11的13脚、电阻R37的一端、电容C43的一端相连，电阻R37的另一端接输入电压P_5VA，电容C43的另一端接地AGND，运放芯片U11的10脚和地AGND相连，运放芯片U11的11脚和电容C45的一端相连，电容C45的另一端、电阻R45的一端、电阻R43的一端相连，电阻R45的另一端接地AGND。电阻R43的另一端、运放芯片U12的2脚、电阻R47的一端、开关二极管D16的3脚相连，运放芯片U12的6脚、电阻R47的另一端、开关二极管D16的1脚、开关二极管D16的2脚、电阻R42的一端相连，运放芯片U12的4脚、电阻R50的一端、电容C46的一端相连，电阻R50的另一端和输入电压N_5VA，电容C48的另一端接地AGND，运放芯片U12的7脚、电阻R38的一端、电容C44的一端相连，电阻R38的另一端和输入电压P_5VA，电容C44的另一端接地AGND。电阻R42的另一端、运放芯片U13的2脚、电阻R46的一端相连，运放芯片U13的6脚、电阻R46的另一端相连，运放芯片U13的4脚、电阻R49的一端、电容C45的一端相连，电阻R49的另一端和输入电压N_5VA，电容C45的另一端接地AGND，运放芯片U13的7脚、电阻R39的一端、电容C42的一端相连，电阻R39的另一端和输入电压P_5VA，电容C42的另一端接地AGND。

如图10所示，信号带通滤波电路包括滤波芯片U14、电阻R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R60、R61、R62、R63、R64，电容C47、C48、C49、C50。滤波芯片U14采用的是深圳鹏盛达电子有限公司的LTC1562，该部分电路的作用是将放大的电信号进行带通滤波，目的是将电信号的环境噪声滤除，滤波频段需要与水声换能器的工作带宽保持一致，在这频段范围是7KHz-16KHz。电阻R52的一端和运放芯片U13的6脚相连，电阻R52的另一端、滤波芯片U14的1脚、电阻R53的一端、电阻R56的一端相连，滤波芯片U14的2脚、电阻R53的另一端、电阻R51的一端相连，电阻R51的另一端和滤波芯片U14的20脚相连，滤波芯片U14的3脚和电阻R56的另一端相连，滤波芯片U14的4脚、7脚、电容C49的一端、电阻60的一端相连，电容C49的另一端接地AGND，电阻R60的另一端和N_5VA相连。滤波芯片U14的5脚、电阻R59的一端、电容C50的一端相连，电容C50的另一端接地AGND，电阻R59的另一端和P_5VA相连。滤波芯片U14的6脚和地AGND相连，滤波芯片U14的8脚和电阻R64的一端相连，滤波芯片U14的9脚、电阻R58的一端、电容C48的一端相连，电阻R64的另一端、电阻R58的另一端、滤波芯片U14的10脚和电阻R62的一端相连。电容C48的另一端、滤波芯片U14的11脚、电阻R63的一端、电阻R55的一端相连，电阻R63的另一端、滤波芯片U14的13脚相连，电阻R55的另一端和滤波芯片U14的12脚相连。电阻R62的另一端、滤波芯片U14的19脚和电阻R54的一端相连，电阻R54的另一端、电阻R57的一端、滤波芯片U14的20脚相连，电阻R57的另一端和滤波芯片U14的18脚相连。滤波芯片U14的14脚、16脚、17脚、电阻R61的一端、电容C47的一端相连，电容C47的另一端和地AGND相连，电阻R61的另一端和输入电压N_5VA相连，滤波芯片U14的15脚和地AGND相连。

如图11所示，信号解调电路包括解调芯片U15、电阻R65、R66、R67、R68、R69、R70、滑动变阻器R71，电容C51、C52、C53、C54、C55。解调芯片U15采用的是Exar公司的FSK解调芯片XR2211，该部分电路的作用是将滤波后的电信号解调还原成数字信号。解调芯片U15的1脚和输入电压12V相连，解调芯片U15的3脚、电容C51的一端、电阻R66的一端相连，电容C51的另一端、电阻R66的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的4脚和地AGND相连，解调芯片U15的5脚和电阻R68的一端相连，解调芯片U15的6脚、7脚、电阻R69的一端和主控芯片U6的97脚相连，电阻R68的另一端、电阻R69的另一端和输入电压12V相连。解调芯片U15的8脚、电容C55的一端、电阻R70的一端相连，电容C55的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的10脚和电容C53的一端相连，电容C53的另一端和地AGND相连，电阻R70的另一端、解调芯片U15的11脚、电容C54的一端、电阻R65的一端相连，电容C54的另一端和地AGND相连，电阻R65的另一端、解调芯片U15的12脚、电阻R67的一端相连，电阻R67的另一端、滑动变阻器R71的一端相连，滑动变阻器R71的另一端接地AGND，解调芯片U15的13脚和电容C52的一端相连，电容C52的另一端和解调芯片U15的14脚相连。

如图12所示，对外串行接口电路包括串口芯片U16，串口接口J2，电容C56、C57、C58、C59、C60。串口芯片U16采用的是MAXIM公司推出的串口通讯芯片MAX3232，串口芯片U16将TTL电平转换成232电平，从而保证了外接传感器和主控芯片U6的数据信号通信。串口芯片U16的1脚和电容C57的一端相连，电容C57的另一端和串口芯片U16的3脚相连，串口芯片U16的2脚和电容C60的一端相连，电容C60的另一端和输入电压VCC3V相连，串口芯片U16的4脚和电容C58的一端相连，电容C58的另一端和串口芯片U16的5脚相连，串口芯片U16的6脚和电容C59的一端相连，电容C59的另一端和地DGND相连。串口芯片U16的11脚和主控芯片U6的21脚相连，串口芯片U16的12脚和主控芯片U6的22脚相连，串口芯片U16的13脚和串口接口J2的3脚相连，串口芯片U16的14脚和串口接口J2的2脚相连，串口芯片U16的15脚、电容C56的一端都和地DGND相连，电容C56的另一端、串口芯片U16的16脚和输入电压VCC3V相连，串口接口J2的5脚和地DGND相连。

本实施例的工作流程如下：水声通信节点电路利用串口接收传感器获取的水下信息，并将信息编码成易读的二进制数字信号。在发送模式下，信号调制电路对该数字信号进行FSK调制，将数字信号调制在更高频率的模拟信号上，以增加信号的抗干扰性；调制信号经过功率放大后，利用水声换能器将电信号转换成声波信号，大功率的声波信号可以传输更远的距离；在接收模式下，水声换能器将声波震动转换成微弱的电信号，首先需要通过多级放大电路对电信号进行放大，随后将信号传输到多阶带通滤波电路中进行滤波，随后将滤波后的信号进行解调，最终目标是还原接收到的水下信息。

本实施例的主要技术参数如下：

（1）水声通信的最大传输距离：200m；

（2）水声通信的最高传输速率：2kbps；

（3）水声通信单节点的最大功耗：120mW；

（4）水声通信单节点的体积大小：20cm*7cm*10cm；

（5）水声通信节点工作的最大深度：100m；

（6）水声通信传输的信号带宽：7KHz-16KHz；

（7）水声通信节点的对外传输接口：RS232串口。

Claims (1)

1.一种微型无线水声通信节点电路，存在两种工作模式，分别为发射模式和接收模式；两种工作模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路；

所述的电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12；接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连；电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND；电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连；电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连；电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连；电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连；电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND；电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND；电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连；

所述的主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11；电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出；主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连；电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND；电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND；主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND；下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连；下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连；下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND；主控芯片U6的89脚和电阻R9的一端接输入电压VCC3V，电阻R9的另一端和主控芯片U6的87脚相连；电容C20的一端和主控芯片U6的86脚相连，电容C20的另一端接地DGND；有源晶振Y2的3脚和主控芯片U6的84脚相连，有源晶振Y2的4脚、电容C20的一端和输入电压VCC3V相连，电容C20的另一端接地DGND；有源晶振Y2的1脚、主控芯片U6的83脚、76脚、电容C21的一端都接地DGND，电容C21的另一端和主控芯片U6的81脚相连；主控芯片U6的64脚、电容C22的一端都接输入电压VCC3V，电容C22的另一端、主控芯片U6的63脚都接地DGND；电阻R11的一端和输入电压VCC3V相连，电阻R11的另一端和发光二极管D4的正极相连，发光二极管D4的负极和主控芯片U6的57脚相连；

所述的工作模式切换电路包括继电器开关K1、K2，二极管D5、D6，三极管Q1、Q2、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C23、C24；电容C23的一端、电阻R15的一端都接输入电压5V，电容C23的另一端接地DGND，电阻R15的另一端、二极管D5的阴极、继电器开关K1的1脚相连，继电器开关K1的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K1的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K1的2脚、二极管D5的阳极、三极管Q1的2脚相连，三极管Q1的1脚、电阻R13的一端、电阻R12的一端相连，三极管Q1的3脚、电阻R13的另一端和地DGND相连，电阻R12的另一端和主控芯片U6的43脚相连；电容C24的一端、电阻R16的一端都接输入电压5V，电容C24的另一端接地DGND，电阻R16的另一端、二极管D6的阴极、继电器开关K2的1脚相连，继电器开关K2的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K2的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K2的2脚、二极管D6的阳极、三极管Q2的2脚相连，三极管Q2的1脚、电阻R17的一端、电阻R14的一端相连，三极管Q2的3脚、电阻R17的另一端和地DGND相连，电阻R14的另一端和主控芯片U6的44脚相连；

所述的信号调制电路包括调制芯片U7，电阻R18、R19、R20，滑动变阻器R21、R22、R23，电容C25、C26、C27、C28；调制芯片U7的1脚接地GND，调制芯片U7的2脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接FSK_OUT；调制芯片U7的3脚和滑动变阻器R21的一端相连，滑动变阻器R21的另一端、电阻R20的一端、电阻R19的一端、电容C26的正极相连，电阻R20的另一端接输入电压VCC_12V，电容C26的负极、电阻R19的另一端都接地GND；调制芯片U7的4脚接输入电压VCC_12V，调制芯片U7的5脚和电容C27的一端相连，电容C27的另一端和调制芯片U7的6脚相连；调制芯片U7的7脚和滑动变阻器R22的一端相连，滑动变阻器R22的另一端、滑动变阻器R23的一端相连并接地GND，滑动变阻器R23的另一端和调制芯片U7的8脚相连；调制芯片U7的9脚和主控芯片U6的37脚相连，调制芯片U7的10脚和电容C28的正极相连，电容C28的负极和调制芯片U7的12脚都接地GND；电阻R18的一端接调制芯片U7的14脚，电阻R18的另一端接调制芯片U7的13脚；

所述的信号驱动电路包括全桥驱动芯片U8，正相驱动芯片U9、U10，电阻R24、R25、R26、R27、R28，电容C29、C30、C31、C32、C33、C34；电阻R24的一端接FSK_OUT，电阻R24的另一端和全桥驱动芯片U8的1脚相连，全桥驱动芯片U8的3脚和输入电压5V相连，全桥驱动芯片U8的4脚和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的5脚、电阻R27的一端、主控芯片U6的38脚相连，电阻R27的另一端、全桥驱动芯片U8的8脚、电容C34的一端都接输入电压5V，电容C34的另一端和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的6脚和电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端和地DGND相连；全桥驱动芯片U8的9脚和地GND相连，全桥驱动芯片U8的16脚、11脚、电容C30的一端都和输入电压VCC_12V相连，电容C30的另一端、全桥驱动芯片U8的14脚和地GND相连；全桥驱动芯片U8的15脚和电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端和正相驱动芯片U9的2脚相连，正相驱动芯片U9的1脚、电容C31的正极和输入电压VCC_12V相连，电容C31的负极和地GND相连，正相驱动芯片U9的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U9的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U9的8脚、电容C29的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C29的另一端和地GND相连；全桥驱动芯片U8的10脚和电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端和正相驱动芯片U10的2脚相连，正相驱动芯片U10的1脚、电容C32的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C32的另一端和地GND相连，正相驱动芯片U10的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U10的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U10的8脚、电容C33的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C33的另一端和地GND相连；

所述的信号功率放大电路包括MOS管Q3、Q4，二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14，变压器T1，电感L3，电容C35、C36、C37、C38、C39，电阻R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35；电阻R30的一端、电容C37的一端和正相驱动芯片U9的6脚相连，电阻R30的另一端、电容C37的另一端、二极管D7的阴极、电阻R31的一端和MOS管Q3的1脚相连，二极管D7的阳极和电阻R31的另一端接地GND；MOS管Q3的2脚、电阻R29的一端、二极管D8的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的3脚相连，电阻R29的另一端、二极管D8的阴极与电容C38的一端相连，电容C38的另一端、二极管D9的阳极相连、MOS管Q3的3脚都接地GND；电阻R35的一端、电容C41的一端和正相驱动芯片U10的6脚相连，电阻R35的另一端、电容C41的另一端、二极管D14的阴极、电阻R35的一端和MOS管Q4的1脚相连，二极管D14的阳极和电阻R35的另一端接地GND；MOS管Q4的2脚、电阻R33的一端、二极管D11的阳极、二极管D9的阴极、变压器T1的5脚相连，电阻R33的另一端、二极管D11的阴极、电容C36的一端相连，二极管D10的阳极、电容C36的另一端、MOS管Q4的3脚都接地GND；变压器T1的4脚、电容C39的正极都和输入电压+24V相连，电容C39的负极和地GND相连，变压器T1的2脚、电阻R32的一端、电感L3的一端相连，变压器T1的1脚、电阻R32的另一端都和地AGND相连，电感L3的另一端、二极管D12的阳极、二极管D13的阴极相连二极管D12的阴极、二极管D13的阳极相连；

所述的水声换能器接口电路包括接插件J2、电阻R36、二极管D14、二极管D15；接插件J2的1脚、接插件J2的2脚、电阻R36的一端和二极管D12的阴极相连，电阻R36的另一端、二极管D14的阴极、二极管D15的阳极相连，接插件J2的3脚、接插件J2的4脚、二极管D14的阳极、二极管D15的阴极都和地AGND相连；

所述的信号可控增益放大电路包括运放芯片U11、U12、U13，电阻R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50，电容C40、C41、C42、C43、C44、C45、C46，开关二极管D5；运放芯片U11的5脚和二极管D15的阳极相连，运放芯片U11的2脚和电阻R44的一端相连，运放芯片U11的15脚和电阻R44的另一端相连，运放芯片U11的4脚和地AGND相连，运放芯片U11的7脚、电阻R48的一端、电容C42的一端相连，电阻R48的另一端接输入电压N_5VA，电容C42的另一端接地AGND，运放芯片U11的13脚、电阻R37的一端、电容C43的一端相连，电阻R37的另一端接输入电压P_5VA，电容C43的另一端接地AGND，运放芯片U11的10脚和地AGND相连，运放芯片U11的11脚和电容C45的一端相连，电容C45的另一端、电阻R45的一端、电阻R43的一端相连，电阻R45的另一端接地AGND；电阻R43的另一端、运放芯片U12的2脚、电阻R47的一端、开关二极管D16的3脚相连，运放芯片U12的6脚、电阻R47的另一端、开关二极管D16的1脚、开关二极管D16的2脚、电阻R42的一端相连，运放芯片U12的4脚、电阻R50的一端、电容C46的一端相连，电阻R50的另一端和输入电压N_5VA，电容C48的另一端接地AGND，运放芯片U12的7脚、电阻R38的一端、电容C44的一端相连，电阻R38的另一端和输入电压P_5VA，电容C44的另一端接地AGND；电阻R42的另一端、运放芯片U13的2脚、电阻R46的一端相连，运放芯片U13的6脚、电阻R46的另一端相连，运放芯片U13的4脚、电阻R49的一端、电容C45的一端相连，电阻R49的另一端和输入电压N_5VA，电容C45的另一端接地AGND，运放芯片U13的7脚、电阻R39的一端、电容C42的一端相连，电阻R39的另一端和输入电压P_5VA，电容C42的另一端接地AGND；

所述的信号带通滤波电路包括滤波芯片U14、电阻R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R60、R61、R62、R63、R64，电容C47、C48、C49、C50；电阻R52的一端和运放芯片U13的6脚相连，电阻R52的另一端、滤波芯片U14的1脚、电阻R53的一端、电阻R56的一端相连，滤波芯片U14的2脚、电阻R53的另一端、电阻R51的一端相连，电阻R51的另一端和滤波芯片U14的20脚相连，滤波芯片U14的3脚和电阻R56的另一端相连，滤波芯片U14的4脚、7脚、电容C49的一端、电阻60的一端相连，电容C49的另一端接地AGND，电阻R60的另一端和N_5VA相连；滤波芯片U14的5脚、电阻R59的一端、电容C50的一端相连，电容C50的另一端接地AGND，电阻R59的另一端和P_5VA相连；滤波芯片U14的6脚和地AGND相连，滤波芯片U14的8脚和电阻R64的一端相连，滤波芯片U14的9脚、电阻R58的一端、电容C48的一端相连，电阻R64的另一端、电阻R58的另一端、滤波芯片U14的10脚和电阻R62的一端相连；电容C48的另一端、滤波芯片U14的11脚、电阻R63的一端、电阻R55的一端相连，电阻R63的另一端、滤波芯片U14的13脚相连，电阻R55的另一端和滤波芯片U14的12脚相连；电阻R62的另一端、滤波芯片U14的19脚和电阻R54的一端相连，电阻R54的另一端、电阻R57的一端、滤波芯片U14的20脚相连，电阻R57的另一端和滤波芯片U14的18脚相连；滤波芯片U14的14脚、16脚、17脚、电阻R61的一端、电容C47的一端相连，电容C47的另一端和地AGND相连，电阻R61的另一端和输入电压N_5VA相连，滤波芯片U14的15脚和地AGND相连；

所述的信号解调电路包括解调芯片U15、电阻R65、R66、R67、R68、R69、R70、滑动变阻器R71，电容C51、C52、C53、C54、C55；解调芯片U15的1脚和输入电压12V相连，解调芯片U15的3脚、电容C51的一端、电阻R66的一端相连，电容C51的另一端、电阻R66的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的4脚和地AGND相连，解调芯片U15的5脚和电阻R68的一端相连，解调芯片U15的6脚、7脚、电阻R69的一端和主控芯片U6的97脚相连，电阻R68的另一端、电阻R69的另一端和输入电压12V相连；解调芯片U15的8脚、电容C55的一端、电阻R70的一端相连，电容C55的另一端和地AGND相连，解调芯片U15的10脚和电容C53的一端相连，电容C53的另一端和地AGND相连，电阻R70的另一端、解调芯片U15的11脚、电容C54的一端、电阻R65的一端相连，电容C54的另一端和地AGND相连，电阻R65的另一端、解调芯片U15的12脚、电阻R67的一端相连，电阻R67的另一端、滑动变阻器R71的一端相连，滑动变阻器R71的另一端接地AGND，解调芯片U15的13脚和电容C52的一端相连，电容C52的另一端和解调芯片U15的14脚相连；

所述的对外串行接口电路包括串口芯片U16，串口接口J2，电容C56、C57、C58、C59、C60；串口芯片U16的1脚和电容C57的一端相连，电容C57的另一端和串口芯片U16的3脚相连，串口芯片U16的2脚和电容C60的一端相连，电容C60的另一端和输入电压VCC3V相连，串口芯片U16的4脚和电容C58的一端相连，电容C58的另一端和串口芯片U16的5脚相连，串口芯片U16的6脚和电容C59的一端相连，电容C59的另一端和地DGND相连；串口芯片U16的11脚和主控芯片U6的21脚相连，串口芯片U16的12脚和主控芯片U6的22脚相连，串口芯片U16的13脚和串口接口J2的3脚相连，串口芯片U16的14脚和串口接口J2的2脚相连，串口芯片U16的15脚、电容C56的一端都和地DGND相连，电容C56的另一端、串口芯片U16的16脚和输入电压VCC3V相连，串口接口J2的5脚和地DGND相连；

所述主控芯片U6通过控制继电器开关K1、K2来控制发射部分电路、接收部分电路的输入电源，进而决定整体发明电路的工作模式：发送模式和接收模式；在发送模式时，串口芯片U16将来自外部传感器的数字信号传输到主控芯片U6上进行整合处理，调制芯片U7对整理后的数字信号调制成FSK信号，以增加信号在水下的抗干扰性；随后全桥驱动芯片U8以及正相驱动芯片U9、U10负责对已调制的信号进行双路驱动并放大信号的幅度，最后变压器T1对信号进行升压，使其功率能放大到驱动水声换能器工作，水声换能器将功率放大后的已调制电信号转换为声信号，并传输到水下进行发送；在接收模式时，水声换能器将接收到的声信号转换为微弱的电信号，运放芯片U11、U12、U13对该微弱的电信号进行多级放大，随后将放大后的信号传输到滤波芯片U14进行带通滤波，目的是将电信号的环境噪声滤除，FSK解调芯片U15负责将滤波后的电信号解调还原成数字信号并将其传输到主控芯片U6上进行整合处理；

所述的电源转换芯片U1采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRF2405S-1WR2，电源芯片U2采用的是TI公司的开关电源芯片TPS79633，电源芯片U3、U4采用的是ST意法半导体公司的稳压电源芯片L7812，电源芯片U5采用的是MORNSUN公司的稳压电源芯片WRE2405S-1WR2，主控芯片U6采用的是TI公司的MSP430F5535，继电器开关K1、K2采用的是北京博为同创电子科技有限公司的继电器开关G6S-2-Y，调制芯片U7采用的是Exar公司的FSK调制芯片XR2206，全桥驱动芯片U8采用的是 Silicon Labs公司推出的驱动芯片Si824BB，正向驱动芯片U9、U10采用的是深圳安顺盛电子科技有限公司的驱动芯片MIC4422B，变压器T1采用的是重庆ABB变压器有限公司的SJL双线圈电源变压器，运放芯片U11采用的是TI公司推出的INA217，运放芯片U12、U13采用的是ADI公司推出的OP184ES，滤波芯片U14采用的是深圳鹏盛达电子有限公司的LTC1562，解调芯片U15采用的是Exar公司的FSK解调芯片XR2211，串口芯片U16采用的是MAXIM公司推出的串口通讯芯片MAX3232。

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