CN208820788U - 一种水声通信装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水声通信装置，用于实现电平控制信号与超声波信号的相互转换，从而实现无人潜航器在水下的遥控通信，涉及无人水下潜航器领域，所述水声通信装置包括用于发送控制信号的发送电路和用于接收所述控制信号的接收电路，所述发送电路与所述接收电路通过超声波换能器收发超声波进行通信；所述发送电路用于将电平控制信号进行调制放大，并通过超声波换能器转换为超声波发送；所述接收电路用于将接收到的超声波信号转换为电平信号后再进行解调还原；该装置还包括供电电路，输出芯片所需的稳定电压保证电路稳定工作。本申请的有益效果是：将特定频段的超声波代替电信号实现对无人潜航器的水下通信控制。
Description
技术领域
本实用新型属于无人水下潜航器技术领域，具体地说，涉及一种水声通信装置。
背景技术
海洋中有许多人们想要利用的丰富资源，再加上人类对于海洋资源的开发力度逐渐增大，可以在水下执行任务的水下无人潜航器的需求和作用也越来越大。目前，自主式水下潜航器（AUV）和有线遥控式水下潜航器（ROV）已经得到了成熟的发展，鉴于AUV的任务执行灵活度不高以及ROV航行的距离有限，能够实现对无人潜航器的远程实时控制具有重要的实际应用意义。
水下通信装置作为无人航行器通信的重要组成部分，是实现对其远程控制的关键。由于水下电磁波传播能力很弱，故在水中通信主要通过超声波来实现，即通过水声通信装置实现超声波的收发。目前水声通信装置有不少，但大多结构复杂，成本高昂，如此看来，设计一类性能良好且低成本的水声通信装置有很大的发展前景。本实用新型在保证性能的基础上极大地降低了成本，且此装置可通过调节电位器改变调制的不同频率以满足不同的需求。
发明内容
本实用新型的目的在于针对要解决的技术问题，提供一种水声通信装置，可以通过特定频率超声波的收发实现对无人潜航器的水下通信控制。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种水声通信装置，包括用于发送控制信号的发送电路、用于接收所述控制信号的接收电路以及供电电路，所述发送电路和所述接收电路通过超声波换能器收发超声波信号进行通信连接，所述供电电路为各电路芯片提供所需电压。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的发送电路包括用于对电平信号进行2FSK调制的调制电路、用于将输出波形进行放大的放大电路、用于驱动超声波换能器的驱动电路和用于将电信号转换为超声波信号的超声波换能器，所述调制电路、所述放大电路、所述驱动电路和所述超声波换能器依次电连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的调制电路采用XR2206芯片实现电平信号的调制，性能优良，可通过外加电压控制或相应的外围电路实现振幅和频率的调制，可通过电位器调整高低电平对应的正弦波的频率。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的发送电路中的放大电路采用TL071运算放大器，通过构建单电源供电的同向比例运算放大电路，实现输出波形的放大。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的驱动电路采用TDA7297功率放大器，输出端连接超声波换能器为其提供足够的功率。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的接收电路包括用于将超声波转换为电信号的超声波换能器、用于实现接收信号放大的放大电路和用于将接收信号进行解调的解调电路，所述超声波换能器、放大电路和解调电路依次电连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的接收电路中的放大电路采用高速运放NE5532实现接收信号的放大，其中接收信号先经过一级射极跟随器后再进行放大。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的解调电路采用XR2211芯片通过锁相环原理进行信号的解调，可通过电位器调整中心频率。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的供电电路包括用于为发送电路提供高电压以传播更远距离的升压电路、用于为接收电路中放大电路提供负电源的负电压生成电路和用于为解调电路芯片提供所需3.3V标准电压的降压电路。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述的升压电路采用XL6009升压模块实现外接12V电压转24V电压的升压功能；所述的负电压生成电路采用ICL7660小功率极性反转电源转换器生成-5V电压；所述的降压电路采用AMS1117芯片将外接5V电压转换输出3.3V电压为解调芯片提供所需标准电压。
本实用新型有益效果为：发送电路将串口接收到的电平信号经过调制放大后，通过超声波换能器转换为超声波信号发送；接收电路则通过超声波换能器将超声波转换为电平信号后，经放大解调进行还原。该装置电路设计简单，成本低，通信效果较为理想。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为本实用新型的发送电路中调制电路的电路图。
图3为本实用新型的发送电路中放大电路的电路图。
图4为本实用新型的发送电路中换能器驱动电路的电路图。
图5为本实用新型的接收电路中放大电路的电路图。
图6为本实用新型的接收电路中解调电路的电路图。
图7为本实用新型的供电电路中升压电路的电路图。
图8为本实用新型的供电电路中负电压生成电路的电路图。
图9为本实用新型的供电电路中降压电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，本具体实施方式采用如下技术方案：一种水声通信装置，包括用于将串口传输的电平信号转换为超声波信号的发送电路、用于将超声波信号转换为原电平信号的接收电路和为整个电路模块提供所需规定电压的供电电路。
发送电路又包括调制电路、放大电路、换能器驱动电路和超声波换能器，调制电路将高低电平信号进行2FSK调制，转换为两种不同频率的正弦波信号，其中高电平用58KHz的正弦波表示，低电平用48KHz的正弦波表示；调制电路的信号输出端连接至放大电路的信号输入，从而实现输出波形的放大；放大后的信号经由驱动电路驱动的超声波换能器转换为超声波信号发送出去。
接收电路又包括超声波换能器、放大电路和解调电路，超声波换能器将接收到的超声波信号转换为电信号；放大电路实现接收信号的放大，放大电路的信号输出端连接至调制电路的信号输入，最终还原为原高低电平信号。
供电电路包括升压电路、负电压生成电路和降压电路，主要为各个电路模块的芯片提供所需电压，升压电路将12V供电电压升至24V为调制电路和放大电路提供高电压；负电压生成电路为接收电路中的放大电路提供-5V电压；降压电路将5V供电电压转换为3.3V电压提供给解调电路芯片。
图2为发送电路中调制电路的电路图，采用XR2206芯片实现电平的调制，XR2206工作电压为10-26V，设计中通过升压电路为其提供24V电压。调制电路可通过C2、R4+R6+R9调整低电平时输出正弦波的频率，C2、R5+R7+R10调整高电平时输出正弦波的频率，经计算所得电容电阻值，能够实现高电平时输出58KHz正弦波，低电平时输出48KHz正弦波，直流偏置电压约为12V，并能实现微调。
图3为发送电路中放大电路的电路图，考虑到调制电路输出正弦波频率较高，采用了速度较快的TL071运算放大器，通过构建单电源供电的同向比例运算放大电路，实现输出波形的放大。设计中通过升压电路为其提供24V电压，调整电位器改变R12数值可调整发送端信号的放大倍数。
图4为发送电路中换能器驱动电路的电路图，采用TDA7297进行功率放大，作为驱动超声波换能器的驱动电路。
图5为接收电路中放大电路的电路图，采用高速运放NE5532实现接收信号的放大，信号先经过一级射极跟随器，而后通过放大电路放大，使信号达到解调芯片的识别范围。设计中通过负电压生成电路为放大器提供所需的-5V电压，调整电位器改变R16数值可调整接收端信号的放大倍数。
图6为接收电路中解调电路的电路图，采用XR2211芯片通过锁相环原理实现电平的解调，如果相位被锁住，则在DO引脚输出高电平，如果未被锁住，则输出低电平，根据设计要求计算各电容电阻的数值，通过改变R22可调整锁相环的中心频率。
图7-图9为供电电路的电路图，升压电路采用XL6009升压模块将12V供电电压升至24V；负电压生成电路采用ICL7660小功率极性反转电源转换器生成-5V负电压；降压电路采用AMS1117芯片将外接5V供电电压转换输出3.3V电压为解调芯片提供所需标准电压。
Claims (10)
1.一种水声通信装置，其特征在于：包括用于发送控制信号的发送电路、用于接收所述控制信号的接收电路以及供电电路，所述发送电路和接收电路通过超声波换能器收发超声波信号进行通信连接，所述供电电路为各电路芯片提供所需电压。
2.根据权利要求1所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的发送电路包括用于对电平信号进行2FSK调制的调制电路、用于将输出波形进行放大的放大电路、用于驱动超声波换能器的驱动电路和用于将电信号转换为超声波信号的超声波换能器，所述调制电路、所述放大电路、所述驱动电路和所述超声波换能器依次电连接。
3.根据权利要求2所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的调制电路采用XR2206芯片实现电平信号的调制，可通过电位器调整高低电平对应的正弦波的频率。
4.根据权利要求2所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的发送电路中的放大电路采用TL071运算放大器，通过构建单电源供电的同向比例运算放大电路，实现输出波形的放大。
5.根据权利要求2所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的驱动电路采用TDA7297功率放大器，输出端连接超声波换能器为其提供足够的功率。
6.根据权利要求1所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的接收电路包括用于将超声波转换为电信号的超声波换能器、用于实现接收信号放大的放大电路、用于将接收信号进行解调的解调电路，所述超声波换能器、放大电路和解调电路依次电连接。
7.根据权利要求6所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的接收电路中的放大电路采用高速运放NE5532实现接收信号的放大，其中接收信号先经过一级射极跟随器后再通过放大电路进行放大。
8.根据权利要求6所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的解调电路采用XR2211芯片通过锁相环原理进行信号的解调，可通过电位器调整中心频率。
9.根据权利要求1所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的供电电路包括用于为发送电路提供高电压以传播更远距离的升压电路、用于为接收电路中放大电路提供负电源的负电压生成电路和用于为解调电路芯片提供所需3.3V标准电压的降压电路。
10.根据权利要求9所述的一种水声通信装置，其特征在于：所述的升压电路采用XL6009升压模块实现外接12V电压转24V电压的升压功能；所述的负电压生成电路采用ICL7660小功率极性反转电源转换器生成-5V电压；所述的降压电路采用AMS1117芯片将外接5V电压转换输出3.3V电压为解调芯片提供所需标准电压。
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