CN114167761A - 一种声信标激活方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了声信标激活方法及系统，该声信标激活方法包括：接收激活信号；将激活信号处理成单片机可接受的触发信号；单片机接收触发信号并进入外部中断服务，单片机退出休眠状态，外部中断服务开启定时器中断，并进入定时器中断服务；在定时器中断服务中，获取触发信号的频率；判断频率是否满足激活设定范围，若是，单片机输出控制声信标工作的信号并进入休眠状态，若否，单片机直接进入休眠状态。本发明能够提高声信标激活的准确度，且有效节省声信标的电量，延长声信标在水下的使用时间。

Description

一种声信标激活方法及系统

技术领域

本发明涉及水下声学导航技术领域，尤其涉及一种声信标激活方法及系统。

背景技术

在海水介质环境中远距离传播，声波在水中的传播损失远小于电磁波。因此，水下目标及载体定位与导航的任务不可避免的要使用声信标。为了保证声信标激活唤醒的精准，就需要保证激活唤醒的方式简单高效且稳定。声信标工作在水下，为了保证声信标的工作时长，这就要低功耗的器件和相对应的休眠唤醒方法。

通常情况下，对声信标唤醒检测的方法一般采用宽带能量检测的方式，即在一定频带范围内作能量积累，如果积累的能量高于一定的门限，则说明信号的存在。

现有根据经验性和声信标所在海域环境噪声估算出的一个门限，该方法确定的门限具有不确定性，当过高或过低的门限值会造成漏警和虚警，特别是发生虚警时，会浪费声信标有限的电量；并且可能会因为门限值设定过高或过低，导致检测不够准确。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种声信标激活方法，通过级联中断的形式能够提高声信标激活的准确度，且有效节省声信标的电量，延长声信标在水下的使用时间。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本申请涉及一种声信标激活方法，其特征在于，包括：

S1：接收激活信号；

S2：将所述激活信号处理成单片机可接受的触发信号；

S3：所述单片机接收所述触发信号并进入外部中断服务，使所述单片机退出休眠状态，所述外部中断服务开启定时器中断，并进入定时器中断服务；

S4：在所述定时器中断服务中，获取所述触发信号的频率；

S5：判断所述频率是否满足激活设定范围，若是，进行到S6；若否，进行到S7；

S6：所述单片机输出控制所述声信标工作的信号并进入休眠状态；

S7：所述单片机直接进入休眠状态。

在本申请中，对所述单片机配置高频时钟和低频时钟，在所述单片机处于休眠状态时，所述高频时钟被关闭，且在进入所述外部中断服务时，使所述高频时钟工作。

在本申请中，在所述S3中，需要配置外部中断相关的寄存器、配置所述单片机所需时钟及定时器中断相关的寄存器。

在本申请中，循环多次进入所述定时器中断服务，并多次对所述触发信号进行计算以获取频率；

在连续若干次中每次中所获取的频率都满足所述激活设定范围，所述单片机输出控制所述声信标工作的信号，并使所述单片机进入休眠状态。

在本申请中，在S4中，通过采用测频法获取所述频率。

相比现有技术，本申请提供的声信标激活方法具有如下优点和有益效果：

（1）该声信标激活方法可接受激活信号并处理成触发信号，通过触发信号触发外部中断，激活唤醒单片机，在外部中断中配置定时器中断检测触发信号是否准确，通过级联中断过程完全验证成功，表示激活信号准确，能够控制声信标工作，级联中断过程中单一中断未验证成功，则无法使声信标工作，且使单片机进入休眠并等待下一次激活信号，级联中断的判断确保激活声信标的准确度；

（2）级联中断过程中单一中断未验证成功，无法打开声信标，实现声信标的低功耗休眠，有效节省声信标的电量，延长声信标在水下的使用时间。

本申请还涉及一种声信标激活系统，其特征在于，包括：

换能器，其用于获取激活信号；

单片机；

信号处理电路，其接收所述换能器所获取的激活信号，用于将所述激活信号处理成所述单片机可接受的触发信号；

信息配置模块，其用于配置所述单片机的外部中断和定时器中断的寄存器、及配置所述单片机所需时钟；

中断服务模块，其用于执行外部中断服务和定时器中断服务；在所述单片机接收到所述触发信号时，进入所述外部中断服务，使所述单片机退出休眠状态，并进入所述定时器中断服务；在所述定时器中断服务中，获取所述触发信号的频率，并判断所述频率是否满足激活设定范围，若是，所述单片机输出控制所述声信标工作的信号并进入休眠状态，若否，所述单片机直接进入休眠状态。

在本申请中，所述信号处理电路包括：

信号放大电路，其输入端与所述换能器的输出端连接；

信号滤波电路，其输入端与所述信号放大电路的输出端连接；

信号整形电路，其输入端与所述信号滤波电路的输出端连接；

信号限幅电路，其输入端与所述信号整形电路的输出端连接，且所述信号限幅电路的输出端与所述单片机的输入口连接。

在本申请中，所述信号放大电路采用差分放大电路；

所述信号滤波电路采用带通滤波器；

所述信号整形电路采用滞回比较器，且输出为方波信号；

所述信号限幅电路对所述方波信号进行限幅。

在本申请中，所述信号限幅电路采用稳压管限幅电路。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提出的声信标激活方法一实施例的流程图；

图2是本发明提出的声信标激活系统一实施例的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为了避免采用能量检测方法激活声信标的不准确性、以及声信标功耗高的问题，本申请涉及一种声信标激活方法及系统。

图1示出了一种声信标激活方法，图2示出了一种声信标激活系统，图1示出的方法是基于图2示出的系统来实现的。

因此，如下结合图1和图2共同描述如何激活声信标。

S1：接收激活信号。

熟知地，声信标是通过水声信号对其激活进行工作的，因此，本申请的激活信号为水声信号。

若对水声信号进行处理，以对声信标进行准确激活，首先需要获取水声信号。

在本申请中，通过换能器10获取该激活信号。

S2：将激活信号处理成单片机可接受的触发信号。

出于对激活信号的处理，以准确激活声信标，需要将激活信号处理成单片机30可接受的触发信号。

由于水声信号与单片机30可接受的信号不一致，不能直接传递，因此，若需要根据激活信号通过单片机30的级联中断对声信标进行激活，则需要信号处理。

参见图2，信号处理电路20接收换能器10所获取的激活信号并处理成单片机30可接受的触发信号。

如下，将具体描述信号处理电路20。

信号处理电路20包括信号放大电路21、信号滤波电路22、信号整形电路23和信号限幅电路24。

换能器10依次连接信号放大电路21、信号滤波电路22、信号整形电路23和信号限幅电路24，进行信号处理。

激活信号是微弱水声信号，因此，信号放大电路21在接收到换能器10传递的激活信号后，将信号放大至可接受幅值。

在本申请中，信号放大电路21采用差分放大电路，以降低共模抑制比，保证激活信号的放大效果。

例如，在10km接收范围频率为10kHz的正弦水声信号时，换能器10接收到的激活信号幅值大约为10mV，因此，信号放大电路21设计的放大倍数为2000倍。

出于对信号的准确处理，信号滤波电路22对放大后的激活信号进行滤波，过滤掉激活信号中夹杂的杂波干扰。

在本申请中，信号滤波电路22采用带通滤波器，例如，中心频率设置为10kHz，带宽设置为3kHz。

信号整形电路23将滤波后的激活信号整形使其满足检测所需波形。

在本申请中，信号整形电路23采用滞回比较器实现，将信号整形为方波信号。

信号限幅电路24将整形后的激活信号其幅值限制在单片机可接受的范围，然后将合适的激活信号（即，触发信号）送入单片机进行检测。

在本申请中，信号限幅电路24采用稳压管限幅电路。

选择稳压电压为5V的稳压管，将激活信号的电压钳位至5V内，使该信号达到触发幅值。

当然，如上所述的电路对激活信号处理的参数可以根据所检测的信号进行调整。

在本申请中，单片机30选择使用MSP430单片机。

根据如上所述，获取到处理后的激活信号，即触发信号。

S3：单片机30接收触发信号并进入外部中断服务，单片机30退出休眠状态，外部中断服务开启定时器中断，并进入定时器中断服务。

通过触发信号触发进入外部中断，执行外部中断服务，此时单片机30退出休眠状态，且在外部中断服务开启定时器中断，进入定时器中断服务，采用级联中断的方式对触发信号进行检测，即对激活信号的检测。

在设定外部中断和定时器中断时，需要配置外部中断相关的寄存器、单片机30所需时钟以及定时器中断所需寄存器。

参见图2，如上信息由信息配置模块40实现，且中断服务模块50用于执行外部中断服务和定时器中断服务，具体定时器中断对触发信号的检测将在如下进行描述。

需要说明的是，可以为单片机30配置高频时钟和低频时钟，在单片机30处于休眠状态时，关闭高频时钟，以关闭高频晶振等高耗电器件，降低功耗，仅保留低频时钟用以处理其他控制信号。

而在进入外部中断服务时，单片机30退出休眠状态，且使高频时钟工作，用于检测触发信号，以提高检测的准确度，进一步提高激活声信标的准确率。

S4：在定时器中断服务中，获取触发信号的频率。

在定时器中断服务中，通过捕获的触发信号，计算频率。

如S3中所述，在进入外部中断服务时，单片机30退出休眠状态，且使高频时钟工作。

因此，根据高频时钟，在定时器中断服务中，定时器中断进行高精度的信号检测，获取准确的频率。

由于信号频率比较高，因此，选择测频方法为测频法获取频率，测频法为公知技术，在此不做赘述。

S5：判断频率是否满足激活设定范围，若是，进行到S6，若否，进行到S7。

如上所述的，外部中断作为级联中断的前级中断，定时器中断作为级联中断的后级中断。

在进入定时器中断服务时，开始对触发信号进行频率计算。

S6：单片机30输出控制声信标工作的信号，并进入休眠状态。

在频率满足激活设定范围时，单片机30输出控制声信标工作的信号。

该信号可以为单片机30一预设I/O口处所拉高的高电平。

在单片机30输出该信号时，控制打开声信标的工作开关，激活声信标，此后，单片机30进入休眠状态，降低功耗。

S7：单片机30直接进入休眠状态。

在频率不满足激活设定范围时，不激活声信标，此时声信标保持当前关闭状态。

此后，单片机30进入休眠状态，等待下一次触发信号。

通过级联中断确定激活信号无误后，才会打开声信标开关，使声信标工作，任一中断满足均不能使声信标工作，因此，双重验证条件能够确保准确激活声信标，降低误激活概率，减少声信标不必要的耗电，延长其水下使用时间。

且在本申请单片机30仅在进入外部中断服务时，暂时退出休眠状态，而在进入外部中断之前、以及判定频率是否满足激活设定范围之后都会进入休眠状态，降低单片机30功耗。

为了出于对触发信号检测的准确性，可以连续多次对触发信号进行检测，每次都需要执行如上的级联中断并判断频率是否满足激活设定范围。

若连续存在若干次中每次都判断频率满足激活设定范围，则单片机30才会输出使声信标工作的信号，控制打开声信标的工作开关，激活声信标，且此后单片机30进入休眠状态。

此种检测方式能够进一步避免误检测激活信号，进一步确保激活声信标的准确性。

如上所述的声信标激活方法及系统，能够大大提升声信标激活的准确率，且有效降低声信标不必要的耗电量，延长声信标水下使用时间。

即，在声信标具有相同容电池容量的情况下，采用本发明的声信标激活方法，有效延长声信标的工作寿命。

如下，将描述如何使声信标不工作。

声信标不工作包括两种情况：（1）声信标保持处于不工作状态；（2）声信标从当前激活（工作）状态变为不工作状态。

针对于第（1）种情况，在频率不满足激活设定范围时，不激活声信标，此时声信标保持不工作状态。

针对于第（2）种情况，根据用于关闭声信标的关闭信号的来源不同，可以例如分别采用如下方式实现。

第一种方式：该关闭信号可以为预先设定的电信号，在声信标工作完成或发生故障时直接提供至单片机30，在单片机30的预设一I/O口处拉低电平，从而关闭声信标开关，使声信标从当前的激活状态变为关闭状态。

第二种方式：该关闭信号可以是与如上所述的激活信号所需处理方式相同的外部信号。

此时，采用如下过程处理该外部信号，以将声信标从当前激活状态变为关闭状态。

S1'：接收到关闭信号。

S2'：将该信号处理成单片机可接受的触发信号SI'。

S3'：单片机接收该触发信号SI'并进入外部中断服务，单片机退出休眠状态，外部中断服务开启定时器中断，并进入定时器中断服务。

S4'：在定时器中断服务中，获取触发信号SI'的频率；

S5'：判断频率是否满足关闭设定范围时，若是，进行到S6'，若否，进行到S7'。

S6'：单片机输出控制声信标关闭的信号并进入休眠状态。

S7'：单片机直接进入休眠状态。

如上所述的S1'~S5'，与如上所述的对声信标激活时的S1~S5的过程相类似致，参照如上处理方式即可获知。

而区别在于处理的信号不同，S1'中接收的信号不同（即，S1中接收激活信号，S1'中接收关闭信号），以至于触发信号SI'、以及触发信号SI'的频率、长度均不同。

在触发信号SI'的频率满足关闭设定范围时，表示当前需要将声信标关闭，因此，单片机30输出控制声信标关闭的信号并进入休眠状态。

其中，该关闭设定范围与激活设定范围是不同的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种声信标激活方法，其特征在于，包括：

S1：接收激活信号；

S2：将所述激活信号处理成单片机可接受的触发信号；

S3：所述单片机接收所述触发信号并进入外部中断服务，所述单片机退出休眠状态，所述外部中断服务开启定时器中断，并进入定时器中断服务；

S4：在所述定时器中断服务中，获取所述触发信号的频率；

S5：判断所述频率是否满足激活设定范围，若是，进行到S6，若否，进行到S7；

S6：所述单片机输出控制所述声信标工作的信号并进入休眠状态；

S7：所述单片机直接进入休眠状态。

2.根据权利要求1所述的声信标激活方法，其特征在于，对所述单片机配置高频时钟和低频时钟，在所述单片机处于休眠状态时，所述高频时钟被关闭；且在进入外部中断服务时，使所述高频时钟工作。

3.根据权利要求1所述的声信标激活方法，其特征在于，在所述S3中，需要配置外部中断相关的寄存器、配置所述单片机所需时钟及定时器中断相关的寄存器。

4.根据权利要求1所述的声信标激活方法，其特征在于，循环多次进入所述定时器中断服务，并多次对所述触发信号进行计算以获取频率；

在连续若干次中每次中所获取的频率都满足所述激活设定范围，所述单片机输出控制所述声信标工作的信号，并使所述单片机进入休眠状态。

5.根据权利要求1所述的声信标激活方法，其特征在于，在S4中，通过采用测频法获取所述频率。

6.一种声信标激活系统，其特征在于，包括：

换能器，其用于获取激活信号；

单片机；

信号处理电路，其接收所述换能器所获取的激活信号，用于将所述激活信号处理成所述单片机可接受的触发信号；

信息配置模块，其用于配置所述单片机的外部中断和定时器中断的寄存器、及配置所述单片机所需时钟；

中断服务模块，其用于执行外部中断服务和定时器中断服务；在所述单片机接收到所述触发信号时，进入所述外部中断服务，使所述单片机退出休眠状态，并进入所述定时器中断服务；在所述定时器中断服务中，获取所述触发信号的频率，并判断所述频率是否满足激活设定范围，若是，所述单片机输出控制所述声信标工作的信号并进入休眠状态，若否，所述单片机直接进入休眠状态。

7.根据权利要求6所述的声信标激活系统，其特征在于，所述信号处理电路包括：

信号放大电路，其输入端与所述换能器的输出端连接；

信号滤波电路，其输入端与所述信号放大电路的输出端连接；

信号整形电路，其输入端与所述信号滤波电路的输出端连接；

信号限幅电路，其输入端与所述信号整形电路的输出端连接，且所述信号限幅电路的输出端与所述单片机的输入口连接。

8.根据权利要求7所述的声信标激活系统，其特征在于，

所述信号放大电路采用差分放大电路；

所述信号滤波电路采用带通滤波器；

所述信号整形电路采用滞回比较器，且输出为方波信号；

所述信号限幅电路对所述方波信号进行限幅。

9.根据权利要求8所述的声信标激活系统，其特征在于，所述信号限幅电路采用稳压管限幅电路。

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