CN111162841B - 使用可见光的水下通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用可见光的水下通信设备，包括透明壳、支撑板、LED灯管、信号接收器、信号处理板和主控系统。本发明通过将超声波通信作为应急预案，在可见光通信无法建立时使用超声波发射板向周围发送超声波信号，在探测设备所处地形的同时向其他设备提供位置信息，使设备能够在无法建立可见光通讯时仍能够对设备进行定位和搜寻，保证了所述设备的工作效率，同时，在所述主控机中设有多个预设矩阵，主控机通过收取信号处理板发送的处理后的信号，并将信号与对应预设矩阵中的数据进行对比，能够更加快速和高效的应对水下的不同情况，以使本发明所述设备能够应对水下的多种环境，从而进一步提高了所述使用可见光的水下通信设备。

Description

使用可见光的水下通信设备
技术领域
本发明涉及水下通信技术领域，尤其涉及一种使用可见光的水下通信设备。
背景技术
海洋中蕴藏着矿藏、生物、石油和化学等大量的资源，对全球的气候及环境具有重大影响，在军事和民用领域有着至关重要的作用，与人类的生存和发展息息相关。
在对海洋的探索过程以及潜水救援方面，潜水装备起着至关重要的作用。如今，水下近距离通信普遍存在通信质量差，不稳定，带宽小，传输速度慢等特点，这为潜水员的交流合作造成了很大的不便。潜水救援时有线通信限制潜水员活动范围，且可能危及潜水员安全。除此之外，随着经济和消费水平的提高，参与娱乐潜水的人越来越多，潜水通信装置的需求越来越大，研究潜水通信装置使潜水的娱乐性也会提高不少。
水下通信是现代通信技术上困难而又急需解决的问题。在水下救援，水下科考，海洋监控等领域有诸多应用。目前的潜水通信，普遍采用水声通信和水下无线电通信，但是其制作成本高，水下通信时受到的干扰多，且保密性差，带宽窄，只能传输音频。
可见光通信(Visible Light Communication，简称VLC)技术是一种新型无线通信手段，通信时LED会发出人眼不可见但能被光电检测器捕获并检测的闪烁信号，实现在照明的同时传递数据。该通信技术具有信息容量大、简易方便、成本较低、安全保密、通信带宽高、传输速率快等优点，尤其适合应用于水下场合通信。对水下可见光通信系统的设计与制作将为水下信息传输、语音交流和图像共享等的实现提供技术基础，对于我国海洋产业的开发利用亦将具有巨大的实用价值，对潜水产业的发展尤为有利。
现有的可见光水下通信设备防水性较差，水下观察性差，在水中无法收集信息，导致工作效率低下，而且水中设备密封性较差，在运作时容易出现漏电的情况，造成人员伤亡。
同时，海洋内地形复杂，当通信设备处于较高水深时，周边环境会变暗导致光信号的传播距离减少、或当出现特殊的地形将光线挡住时，设备之间将会无法进行通信，导致无法对通信设备进行定位和搜寻。
发明内容
为此，本发明提供一种使用可见光的水下通信设备，用以克服现有技术中可见光通信设备光信号通讯失效后无法进行定位的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种使用可见光的水下通信设备，包括：
透明壳，在透明壳开口处设有透明盖，用以封闭透明壳内部；
支撑板，其设置在所述透明壳内，在支撑板表面均匀设置有超声波发射板和超声波接收板，用以分别发射和接收超声波；各超声波发射板中均设有发射模块，各超声波接收板中均设有接收模块；
LED灯管，其分别设置在所述透明盖下端和透明壳底部内壁，用以对设备进行照明并发送可见光信号；
信号接收器，其设置在所述透明盖顶部，用以接收其他设备输出的可见光信号；
信号处理板，其均匀设置在透明壳内侧壁上，信号处理板分别与所述发射模块、接收模块、信号收发器和LED灯管信号连接，用以分别向所述部件传递指定信号；
主控系统，包括单片机和数据处理模块，其设置在透明壳底部灯管上方并与所述信号处理板信号连接，用以接收信号处理板输出的信号以及向信号处理板输送指定的控制信号；在主控系统中还设有计时模块，用以在设备运行时对指定部件的运行时间进行统计；
当设备运行时，将输送信号的设备判定为送信设备，将接收信号的设备判定为收信设备；当两台设备进行数据通信时，送信设备内的主控系统选取指定的信息，并将信息输送至所述信号处理板，信号处理板对信息进行转化后，控制所述LED灯管以指定频率闪烁以发送对应的光信号；当收信设备接收光信号时，所述信号接收器会接收光信号并将信号输送至信号处理板，信号处理板对信号进行转换后将转换后信号输送至主控系统，同时收信设备会向送信设备输送反馈光信号以完成设备间的通信；
当所述送信设备接收不到收信设备反馈的光信号时，送信设备中的主控系统启动超声波发射板以探测设备周边地形并持续发射超声波以使收信设备对送信设备进行定位；当收信设备接收不到光信号时，收信设备会开启超声波接收板以接收送信设备输出的超声波。
进一步地，所述信号接收器上还设有水压检测器，用以检测设备承受的水压以判定设备所处水位深度；当所述设备运行时，水压检测器会检测设备受到的水压并将检测到的水压信息通过信号处理板输送至主控系统，主控系统根据接收到的水压信息调节各LED灯管的亮度；
主控系统中设有预设水压矩阵P（P1，P2，P3...Pn）、亮度预案矩阵L（L0，L1，L2，L3...Ln）和第一触发时间T1，其中，P1为第一预设水压，P2为第二预设水压，P3为第三预设水压，Pn为第n预设水压，各预设水压的数值按照顺序逐渐增加；L0为初始亮度，L1为第一亮度，L2为第二亮度，L3为第三亮度，Ln为第n亮度，其中第一亮度L1的亮度值大于初始亮度L0，且各预设亮度的数值按照顺序逐渐增加；在将设备放入水中时，主控系统通过信号处理板将各LED灯管的亮度调节为L0，水压检测器在设备进入水中时启动，实时检测设备承受的水压并将检测值通过信号处理板输送至主控系统，当检测水压值维持在指定区间内时，计时模块开始进行第一计时，当第一计时的记录时间t1=T1时，此时主控系统判定水压检测器测得的水压为设备承受的稳定水压p；确定稳定水压p后，主控机将p与预设水压矩阵P进行判定：
当p＜P1时，主控系统不对LED灯管的亮度进行调节；
当P1≤p＜P2时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L1；
当P2≤p＜P3时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L2；
当P3≤p＜P4时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L3；
当Pn-1≤p＜Pn时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为Ln-1；
当p＞Pn时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为Ln。
进一步地，所述主控系统中还设有第二触发时间T2和第三触发时间T3；
当主控机选定LED灯管亮度Ln时，主控机会根据设备承受水压p和选定的LED灯亮度建立探测半径矩阵R（R0，R1，R2，R3...Rn），其中R0为初始超声波探测半径，R1为第一超声波探测半径，R2为第二超声波探测半径，R3为第三超声波探测半径，Rn为第n超声波探测半径；
当所述送信设备在发送光信号时，所述计时器开始进行第二计时t2，当t2=T2且信号接收器未收到反馈光信号时，主控系统判定在光线范围内没有收信设备并通过信号处理板启动超声波发射板以开始第三计时t3，超声波发射板启动后以初始超声波探测半径R0进行超声波探查以检测周围环境并发送超声波信号，当t3＜T3且有收信设备接收到超声波信号时，收信设备中超声波接收板会通过信号处理板将信号输送至主控系统，主控系统在接收到信息后对送信设备进行定位并通过信号处理板控制超声波发射版发送超声波反馈信号；
当t3=T3且送信设备未收到超声波反馈信号时，主控系统会通过信号处理板将超声波发射板的超声波探测半径调节为R1，清零t3并重新开始第三计时；当t3=T3且送信设备仍未收到超声波反馈信号时，主控系统会通过信号处理板按照顺序逐级增加超声波发射板的超声波探测半径直至接收到超声波反馈信号或超声波探测半径到达最大值，当送信设备接收到超声波反馈信号时，停止扩张超声波探测半径。
进一步地，所述透明壳内部的左右侧壁上设有第一凹槽，所述支撑板两侧分别设有第一卡块，在安装支撑板时，分别将各第一卡块设置在对应的第一凹槽内以将支撑板固定在指定位置。
进一步地，所述支撑板上表面和下表面均匀设置有多个第二凹槽，用以分别装载对应的超声波发射板和超声波接收板；所述超声波发射板分别设置在支撑板上表面的第二凹槽内，超声波接收板分别设置在支撑板下表面的第二凹槽内。
进一步地，各所述第二凹槽均为矩形凹槽，且所述支撑板上端面的第二凹槽和下端面的第二凹槽均呈矩形阵列分布。
进一步地，所述设备中还设有灯罩，用以分别罩设在各LED灯管上，所述灯罩均采用绝缘材料，且在各灯罩的两端均设有第二卡块，各第二卡块侧壁上均开设有凹槽。
进一步地，所述透明盖底端两侧和透明壳内侧底部均开设有第三凹槽，且各第三凹槽的侧壁均开设有第四凹槽，在第四凹槽的端部设有弹簧，在弹簧的另一端设有阶梯柱，用以与所述第二卡块配合将所述灯罩固定在指定位置；
在安装灯罩之前，弹簧自然放置，部分阶梯柱位于第三凹槽内部；在安装灯罩时，第二卡块进入第三凹槽，阶梯柱受到挤压并压缩弹簧，使阶梯柱全部缩入至第四凹槽，当第二卡块中凹槽移动到指定位置时，阶梯柱失去约束，弹簧将阶梯柱顶入至第二卡块的凹槽内部以完成对第二卡块的锁定，以将灯罩固定在指定位置。
进一步地，所述透明盖两端还设有挡块，所述透明壳开口处设有卡槽，卡槽上设有密封橡胶圈；在安装透明盖时，将卡块插入对应的卡槽以对透明盖进行定位，同时密封橡胶圈设置在挡块和卡槽之间以完成对设备内部的密封。
进一步地，所述透明壳通过一体注塑成型，用以防止水渗透至设备内部，在透明壳底部设有多个安装孔，用以将设备固定在指定位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过将超声波与LED灯管相结合，并将超声波通信作为应急预案，在可见光通信无法建立时使用超声波发射板向周围发送超声波信号，在探测设备所处地形的同时向其他设备提供位置信息，从而使所述设备能够在无法通过可见光信号进行通讯时仍能够对设备进行定位和搜寻，保证了所述设备的工作效率。
同时，在所述主控机中设有多个预设矩阵，主控机通过收取信号处理板发送的处理后的信号，并将信号与对应预设矩阵中的数据进行对比，能够更加快速和高效的应对水下的不同情况，以使本发明所述设备能够应对水下的多种环境，从而进一步提高了所述使用可见光的水下通信设备。
进一步地，本发明所述信号接收器上设有压力传感器，主控机会通过压力传感器输送的压力值判定设备所处的深度，从而提前预判海水在该深度下的可见度并调节LED灯管的亮度，提高了所述设备进行可见光信号通讯的稳定性。
尤其，所述主控系统中设有计时模块，通过对水压在某压力范围内的持续时间以确定设备所承受的稳定水压，能够提高所述主控机对设备水位判定的精度，从而保证LED灯管在开启时能够达到预设的传输距离，进一步提高了所述设备进行可见光信号通讯的稳定性。
进一步地，主控机会通过计时判定可见光信号是否成功建立通讯，当主控机判定不存在可见光通讯时，主控机会发射超声波，在探测设备所处环境信息的同时，能够使用超声波对其他设备进行搜索，保证设备间在无法建立可见光通讯的情况下仍能够对对方设备的具体位置进行确认，进一步提高了所述使用可见光的水下通信设备的工作效率。
尤其，所述超声波的探测范围会根据时间节点逐级增加，并在搜索到其他设备时停止，通过逐步增加探测范围，能够有效节省超声波发射板在探测时造成的能源损耗，提高了所述设备的使用寿命。
进一步地，本发明还通过设置弹簧、阶梯柱、第二卡块和第三凹槽，将具有绝缘特性的灯罩固定在指定位置从而使LED灯管密封固定，能够有效避免LED灯管漏电现象，通过透明壳和透明盖之间的配合，确保水下作业的安全性，解决了现有技术中可见光水下通信设备防水性差的问题。
尤其，所述透明壳通过一体注塑成型，不仅保证了设备密封性，同时确保了设备在水下作业的安全性。
附图说明
图1为本发明所述使用可见光的水下通信设备的侧剖结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为本发明所述支撑板的俯视图；
图4为本发明所述支撑板的仰视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明所述使用可见光的水下通信设备的侧面剖视图，包括透明壳1、支撑板2、超声波发射板6、超声波接收板7、透明盖8、LED灯管9、灯罩15、信号接收器16、信号处理板17和主控系统18。其中，所述支撑板2设置在所述透明壳1内部，用以装载所述超声波发射板6和超声波接收板7。所述超声波发射板6设置在所述支撑板2上端，用以发射超声波。所述超声波接收板7设置在支撑板2下端面，用以接收超声波。所述透明盖8设置在透明壳1的开口处并与透明壳1连接，用以密封设备。所述LED灯管9分别设置在所述透明壳1内侧底部和透明盖8下端面，用以输出可见光信号。所述灯罩15分别罩设在各LED灯管9上，用以保护LED灯管9并防止LED灯管9漏电。所述信号接收器16设置在透明盖8上端面，用以接收可见光信号和超声波信号。所述信号处理板17分别设置在透明壳1的内壁上，用以转化信号。所述主控系统18设置在透明壳1内部，用以接收信息并根据信息发送对应的控制指令。
当设备运行时，将输送信号的设备判定为送信设备，将接收信号的设备判定为收信设备；当两台设备进行数据通信时，送信设备内的主控系统18选取指定的信息，并将信息输送至所述信号处理板17，信号处理板17对信息进行转化后，控制所述LED灯管9以指定频率闪烁以发送对应的光信号；当收信设备接收光信号时，所述信号接收器16会接收光信号并将信号输送至信号处理板17，信号处理板17对信号进行转换后将转换后信号输送至主控系统18，同时收信设备会向送信设备输送反馈光信号以完成设备间的通信；
当所述送信设备接收不到收信设备反馈的光信号时，送信设备中的主控系统18启动超声波发射板6以探测设备周边地形并持续发射超声波以使收信设备对送信设备进行定位；当收信设备接收不到光信号时，收信设备会开启超声波接收板7以接收送信设备输出的超声波。
请继续参阅图1所示，本发明所述透明壳1为一一体注塑成型的在一端设有开口的外壳，在透明壳外部底端设有安装孔19，用以与其他设备配合以将所述可见光信号通信设备固定在该设备上。在透明壳内壁的对侧上开设有第一凹槽3，用以装载支撑板2。在透明壳1的开口处开设有卡槽21，在卡槽上设有密封橡胶圈22，用以在透明盖8盖上时密封透明壳1内部。可以理解的是，所述透明壳1的材质本实施例不作具体限制，只要满足透明壳1能够保证LED灯管9能够将光线发送至设备外部且能够承受指定的水压即可。
请继续参阅图1所示，本发明所述支撑板2上端面和下端面均设有多个第二凹槽5，其上端面的第二凹槽5用以装载超声波发射板6，下端面的第二凹槽5用以装载超声波接收板7。在支撑板2两端设有第一卡块4，用以与所述第一凹槽3配合将支撑板2固定在指定位置。在安装支撑板2时，先依次将各超声波发射板6和各超声波接收板7安装至对应的第二凹槽5内，再将支撑板2放入所述透明壳1内部，将各第一卡块4插入至对应的第一凹槽3，此时第一凹槽3对第一卡块4进行约束以将支撑板2固定在指定位置。
请继续参阅图1所示，本发明所述透明盖8两端均设有挡块20，用以与卡槽21配合密封设备内部。在盖上透明盖8时，挡块20插入卡槽21内部，同时挡块20和卡槽21会挤压密封橡胶圈22从而完成对设备内部的密封。
请继续参阅图1所示，所述信号接收器16设置在透明盖8顶端并与各所述信号处理板17信号连接，用以将接收到的可见光信号输送至信号处理板17。在信号接收器16中还设有水压检测器，用以实时检测本设备所承受的水压。在设备入水并启动后，所述水压检测器会实时检测设备承受水压，并将检测到的水压数值输送至信号处理板17。当设备间进行可见光通信时，收信设备的信号接收器16会接收可见光信号，并在接收后将可见光信号输送至信号处理板17。
请继续参阅图1所示，所述信号处理板17分别与超声波接收板7、超声波发射板6、LED灯管9、信号接收器16和主控系统18信号连接，用以转换信号。
当设备输送可见光信号时，主控系统18会将控制指令输送至信号处理板17，信号处理板17对指令进行转化，并将转化后的信息输送至LED灯管9，LED灯管9在接收到信息后以指定的频率闪烁以向外部传送可见光信号。当设备接收可见光信号时，信号接收器16接收到可见光信号并将可见光信号输送至信号处理板17，信号处理板17对可见光信号进行转化后将转化后的信息输送至主控系统18，主控系统18会对信息进行分析同时控制LED灯管9发送反馈信号。
当设备发射超声波时，超声波发射板6，超声波发射板6在接收到信息后以对应的参数发射超声波。当设备接收超声波信号时，超声波接收板7会接收超声波信号并将超声波信号输送至信号处理板17，信号处理板17对超声波信号进行转化后，将转化完成的信息输送至主控系统18。
可以理解的是，所述信号处理板17可以采用多个处理板分流运行单个任务的运行模式，也可以采用单个处理板处理指定的任务或其他种类的运行方式，只要满足所述信号处理板17能够将对信号和信息进行双向转换并将转化后的信号或信息输送至指定部件即可。
请继续参阅图1所示，所述主控系统18包括单片机和数据处理模块，单片机分别与各信号处理板17相连，用以接收信号处理板17输出的信息以及向信号处理板17输送控制指令。当信号处理板17将信息输送至主控系统18时，所述单片机会接收信息，并从数据处理模块中调取与该信息相对应的数据矩阵，通过将接收到的信息与数据矩阵中的各项数据进行比对后，得出比对结果并根据结果将指定的控制指令输送至信号处理板17，在信号处理板17对指令进行转化后形成信息并将该信息输送至指定部件以完成对设备内指定部件的控制。
具体而言，在所述单片机中还设有计时模块，用以在设备运行时对指定部件的运行时间进行统计。
请继续参阅图1所示，当所述设备运行时，水压检测器会检测设备受到的水压并将检测到的水压信息通过信号处理板17输送至主控系统18，主控系统18根据接收到的水压信息调节各LED灯管9的亮度；
主控系统18的数据处理模块中设有预设水压矩阵P（P1，P2，P3...Pn）、亮度预案矩阵L（L0，L1，L2，L3...Ln）和第一触发时间T1，其中，P1为第一预设水压，P2为第二预设水压，P3为第三预设水压，Pn为第n预设水压，各预设水压的数值按照顺序逐渐增加；L0为初始亮度，L1为第一亮度，L2为第二亮度，L3为第三亮度，Ln为第n亮度，其中第一亮度L1的亮度值大于初始亮度L0，且各预设亮度的数值按照顺序逐渐增加；在将设备放入水中时，主控系统18通过信号处理板17将各LED灯管9的亮度调节为L0，水压检测器在设备进入水中时启动，实时检测设备承受的水压并将检测值输送至主控系统18，当检测水压值维持在指定区间内时，计时模块开始进行第一计时，当第一计时的记录时间t1=T1时，此时主控系统18判定水压检测器测得的水压为设备承受的稳定水压p；确定稳定水压p后，主控机将p与预设水压矩阵P进行判定：
当p＜P1时，主控系统18不对LED灯管的亮度进行调节；
当P1≤p＜P2时，主控系统18对LED灯管9进行控制并将LED灯管9的亮度调节为L1；
当P2≤p＜P3时，主控系统18对LED灯管9进行控制并将LED灯管9的亮度调节为L2；
当P3≤p＜P4时，主控系统18对LED灯管9进行控制并将LED灯管9的亮度调节为L3；
当Pn-1≤p＜Pn时，主控系统18对LED灯管9进行控制并将LED灯管9的亮度调节为Ln-1；
当p＞Pn时，主控系统18对LED灯管9进行控制并将LED灯管9的亮度调节为Ln。
具体而言，所述主控系统18中还设有第二触发时间T2和第三触发时间T3；
当主控机选定LED灯管亮度Ln时，主控机会根据设备承受水压p和选定的LED灯亮度建立探测半径矩阵R（R0，R1，R2，R3...Rn），其中R0为初始超声波探测半径，R1为第一超声波探测半径，R2为第二超声波探测半径，R3为第三超声波探测半径，Rn为第n超声波探测半径；
当所述送信设备在发送光信号时，所述计时器开始进行第二计时t2，当t2=T2且信号接收器16未收到反馈光信号时，主控系统判定在光线范围内没有收信设备并通过信号处理板17启动超声波发射板6以开始第三计时t3，超声波发射板6启动后以初始超声波探测半径R0进行超声波探查以检测周围环境并发送超声波信号，当t3＜T3且有收信设备接收到超声波信号时，收信设备中超声波接收板7会通过信号处理板17将信号输送至主控系统18，主控系统18在接收到信息后对送信设备进行定位并通过信号处理板17控制超声波发射版6发送超声波反馈信号；
当t3=T3且送信设备未收到超声波反馈信号时，主控系统18会通过信号处理板17将超声波发射板6的超声波探测半径调节为R1，清零t3并重新开始第三计时；当t3=T3且送信设备仍未收到超声波反馈信号时，主控系统18会通过信号处理板按照顺序逐级增加超声波发射板6的超声波探测半径直至接收到超声波反馈信号或超声波探测半径到达最大值，当送信设备接收到超声波反馈信号时，停止扩张超声波探测半径。
请参阅图2所示，其为图1中A处的局部放大图。所述灯罩15由绝缘材料制成，在各灯罩的两端均设有第二卡块14，各第二卡块14侧壁上均开设有凹槽。
所述透明盖底端两侧和透明壳内侧底部均开设有第三凹槽10，且各第三凹槽10的侧壁均开设有第四凹槽11，在第四凹槽11的端部设有弹簧13，在弹簧的另一端设有阶梯柱12，用以与所述第二卡块14配合将所述灯罩15固定在指定位置；
在安装灯罩15之前，弹簧13自然放置，部分阶梯柱12位于第三凹槽10内部；在安装灯罩15时，第二卡块14进入第三凹槽10，阶梯柱12受到挤压并压缩弹簧13，使阶梯柱12全部缩入至第四凹槽11，当第二卡块14中凹槽移动到指定位置时，阶梯柱12失去约束，弹簧13将阶梯柱12顶入至第二卡块14的凹槽内部以完成对第二卡块14的锁定，从而将灯罩15固定在指定位置。
请参阅图3所示，其为本发明所述支撑板2的俯视图，各所述第二凹槽5均为矩形凹槽，且所述支撑板2上端面的第二凹槽5呈矩形阵列分布。所述超声波发射板6均匀设置在支撑板2上端面的各第二凹槽5中，且各超声波发射板6内均设有发射模块，各发射模块均与所述信号处理板17相连。
请参阅图4所示，其为本发明所述支撑板2的仰视图。各所述第二凹槽5均为矩形凹槽，且所述支撑板2下端面的第二凹槽5呈矩形阵列分布。所述超声波接收板7均匀设置在支撑板2下端面的各第二凹槽5中，且各超声波接收板7内均设有接收模块，各接收模块均与所述信号处理板17相连。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用可见光的水下通信设备，其特征在于，包括：
透明壳，在透明壳开口处设有透明盖，用以封闭设备内的部件；
支撑板，其设置在所述透明壳内，在支撑板表面均匀设置有超声波发射板和超声波接收板，用以分别发射和接收超声波；各超声波发射板中均设有发射模块，各超声波接收板中均设有接收模块；
LED灯管，其分别设置在所述透明盖下端和透明壳底部内壁，用以对设备进行照明并发送可见光信号；
信号接收器，其设置在所述透明盖顶部，用以接收其他设备输出的可见光信号；
信号处理板，其均匀设置在透明壳内侧壁上，信号处理板分别与所述发射模块、接收模块、信号接收器和LED灯管信号连接，用以分别向所述部件传递指定信号；
主控系统，包括单片机和数据处理模块，其设置在透明壳底部灯管上方并与所述信号处理板信号连接，用以接收信号处理板输出的信号以及向信号处理板输送指定的控制信号；在主控系统中还设有计时模块，用以在设备运行时对指定部件的运行时间进行统计；
当设备运行时，将输送信号的设备判定为送信设备，将接收信号的设备判定为收信设备；当两台设备进行数据通信时，送信设备内的主控系统选取指定的信息，并将信息输送至所述信号处理板，信号处理板对信息进行转化后，控制所述LED灯管以指定频率闪烁以发送对应的光信号；当收信设备接收光信号时，所述信号接收器会接收光信号并将信号输送至信号处理板，信号处理板对信号进行转换后将转换后信号输送至主控系统，同时收信设备会向送信设备输送反馈光信号以完成设备间的通信；
当所述送信设备接收不到收信设备反馈的光信号时，送信设备中的主控系统启动超声波发射板以探测设备周边地形并持续发射超声波以使收信设备对送信设备进行定位；当收信设备接收不到光信号时，收信设备会开启超声波接收板以接收送信设备输出的超声波。
2.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备,其特征在于，所述信号接收器上还设有水压检测器，用以检测设备承受的水压以判定设备所处水位深度；当所述设备运行时，水压检测器会检测设备受到的水压并将检测到的水压信息通过信号处理板输送至主控系统，主控系统根据接收到的水压信息调节各LED灯管的亮度；
主控系统中设有预设水压矩阵P（P1，P2，P3...Pn）、亮度预案矩阵L（L0，L1，L2，L3...Ln）和第一触发时间T1，其中，P1为第一预设水压，P2为第二预设水压，P3为第三预设水压，Pn为第n预设水压，各预设水压的数值按照顺序逐渐增加；L0为初始亮度，L1为第一亮度，L2为第二亮度，L3为第三亮度，Ln为第n亮度，其中第一亮度L1的亮度值大于初始亮度L0，且各预设亮度的数值按照顺序逐渐增加；在将设备放入水中时，主控系统通过信号处理板将各LED灯管的亮度调节为L0，水压检测器在设备进入水中时启动，实时检测设备承受的水压并将检测值通过信号处理板输送至主控系统，当检测水压值维持在指定区间内时，计时模块开始进行第一计时，当第一计时的记录时间t1=T1时，此时主控系统判定水压检测器测得的水压为设备承受的稳定水压p；确定稳定水压p后，主控机将p与预设水压矩阵P进行判定：
当p＜P1时，主控系统不对LED灯管的亮度进行调节；
当P1≤p＜P2时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L1；
当P2≤p＜P3时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L2；
当P3≤p＜P4时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为L3；
当Pn-1≤p＜Pn时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为Ln-1；
当p＞Pn时，主控系统对LED灯管进行控制并将LED灯管的亮度调节为Ln。
3.根据权利要求2所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述主控系统中还设有第二触发时间T2和第三触发时间T3；
当主控机选定LED灯管亮度Ln时，主控机会根据设备承受水压p和选定的LED灯亮度建立探测半径矩阵R（R0，R1，R2，R3...Rn），其中R0为初始超声波探测半径，R1为第一超声波探测半径，R2为第二超声波探测半径，R3为第三超声波探测半径，Rn为第n超声波探测半径；
当所述送信设备在发送光信号时，所述计时器开始进行第二计时t2，当t2=T2且信号接收器未收到反馈光信号时，主控系统判定在光线范围内没有收信设备并通过信号处理板启动超声波发射板以开始第三计时t3，超声波发射板启动后以初始超声波探测半径R0进行超声波探查以检测周围环境并发送超声波信号，当t3＜T3且有收信设备接收到超声波信号时，收信设备中超声波接收板会通过信号处理板将信号输送至主控系统，主控系统在接收到信息后对送信设备进行定位并通过信号处理板控制超声波发射版发送超声波反馈信号；
当t3=T3且送信设备未收到超声波反馈信号时，主控系统会通过信号处理板将超声波发射板的超声波探测半径调节为R1，清零t3并重新开始第三计时；当t3=T3且送信设备仍未收到超声波反馈信号时，主控系统会通过信号处理板按照顺序逐级增加超声波发射板的超声波探测半径直至接收到超声波反馈信号或超声波探测半径到达最大值，当送信设备接收到超声波反馈信号时，停止扩张超声波探测半径。
4.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述透明壳内部的左右侧壁上设有第一凹槽，所述支撑板两侧分别设有第一卡块，在安装支撑板时，分别将各第一卡块设置在对应的第一凹槽内以将支撑板固定在指定位置。
5.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述支撑板上表面和下表面均匀设置有多个第二凹槽，用以分别装载对应的超声波发射板和超声波接收板；所述超声波发射板分别设置在支撑板上表面的第二凹槽内，超声波接收板分别设置在支撑板下表面的第二凹槽内。
6.根据权利要求5所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，各所述第二凹槽均为矩形凹槽，且所述支撑板上端面的第二凹槽和下端面的第二凹槽均呈矩形阵列分布。
7.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述设备中还设有灯罩，用以分别罩设在各LED灯管上，所述灯罩均采用绝缘材料，且在各灯罩的两端均设有第二卡块，各第二卡块侧壁上均开设有凹槽。
8.根据权利要求7所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述透明盖底端两侧和透明壳内侧底部均开设有第三凹槽，且各第三凹槽的侧壁均开设有第四凹槽，在第四凹槽的端部设有弹簧，在弹簧的另一端设有阶梯柱，用以与所述第二卡块配合将所述灯罩固定在指定位置；
在安装灯罩之前，弹簧自然放置，部分阶梯柱位于第三凹槽内部；在安装灯罩时，第二卡块进入第三凹槽，阶梯柱受到挤压并压缩弹簧，使阶梯柱全部缩入至第四凹槽，当第二卡块中凹槽移动到指定位置时，阶梯柱失去约束，弹簧将阶梯柱顶入至第二卡块的凹槽内部以完成对第二卡块的锁定，以将灯罩固定在指定位置。
9.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述透明盖两端还设有挡块，所述透明壳开口处设有卡槽，卡槽上设有密封橡胶圈；在安装透明盖时，将卡块插入对应的卡槽以对透明盖进行定位，同时密封橡胶圈设置在挡块和卡槽之间以完成对设备内部的密封。
10.根据权利要求1所述的使用可见光的水下通信设备，其特征在于，所述透明壳通过一体注塑成型，用以防止水渗透至设备内部，在透明壳底部设有多个安装孔，用以将设备固定在指定位置。
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