專利名稱：基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水下無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
與現(xiàn)有陸地通信方式類似，水下數(shù)據(jù)通信也可采用有線和無線方式實現(xiàn)。但由于電磁波在水中衰減速度非?？?，無法實現(xiàn)較長距離的無中繼無線通信，因而水下無線通信 幾乎全部依賴聲通信系統(tǒng)。然而在某些水下應(yīng)用領(lǐng)域中，如自升降監(jiān)測浮標(biāo)數(shù)據(jù)回收、水 下工作站或深潛器數(shù)據(jù)對接等，考慮到通信雙方中有一方處于不確定運動狀態(tài)，出于設(shè)備 安全原因，數(shù)據(jù)傳輸必須采用非接觸方式實現(xiàn)。同時，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，由于需要傳輸?shù)?數(shù)據(jù)量不大，傳輸距離近，若采用聲通信系統(tǒng)實現(xiàn)，則不僅成本過高，同時設(shè)備功耗大增，不 利于監(jiān)測浮標(biāo)等自容式設(shè)備的長期無人值守工作；而在其他水下無線傳輸方式中，水下激 光通信系統(tǒng)通信距離遠(yuǎn)、傳輸率較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，同時通信的方向性要求高；水下 LED光學(xué)通信系統(tǒng)造價低、功耗低、傳輸距離較遠(yuǎn)、但同樣存在方向性要求過高問題，若無相 應(yīng)裝置保證其探頭在較小的范圍內(nèi)對準(zhǔn)，則通訊性能將大幅下降甚至通訊中斷。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā) 裝置。該裝置可以實現(xiàn)水下近距離非接觸式無線通信，滿足某些特定水下應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù) 傳輸?shù)牡统杀?、低功耗和高可靠性要求?；诟袘?yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括數(shù)據(jù)發(fā)送終端、耦合信號發(fā)送模塊、 耦合信號接收模塊、發(fā)送線圈、接收線圈以及數(shù)據(jù)接收終端。數(shù)據(jù)發(fā)送終端通過串口與耦合信號發(fā)送模塊連接，耦合信號發(fā)送模塊的輸出端與 發(fā)送線圈信號連接，發(fā)送線圈對應(yīng)接收線圈設(shè)置，在海水介質(zhì)中以電磁耦合方式相連接，接 收線圈與耦合信號接收模塊的輸入端信號連接，耦合信號接收模塊通過串口與數(shù)據(jù)接收終 端連接。所述的耦合信號發(fā)送模塊包含數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路、功放電路；數(shù)據(jù)接口與調(diào)制電 路信號連接；調(diào)制電路與功放電路信號連接，功放電路與發(fā)送線圈信號連接。所述的耦合信號接收模塊包含放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電 路、數(shù)字信號還原電路以及數(shù)據(jù)接口，放大電路一端連接接收線圈，另一端與前端濾波電路 一端信號連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號連接，檢波電路另一端與后端濾 波電路一端信號連接，后端濾波電路與數(shù)字信號還原電路一端信號連接，數(shù)字信號還原電 路另一端連接數(shù)據(jù)接口。所述的發(fā)送線圈和接收線圈均為采用漆包線繞制的具有一定匝數(shù)和半徑的封閉 空心線圈。本實用新型中涉及調(diào)制電路、功率放大電路、放大電路、濾波電路、檢波電路以及數(shù)字信號還原電路均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)。由于本實用新型提出的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置具有非接觸特性，因而通信雙方無 需添加額外的通信線路，既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性，同時也保障了水下設(shè)備的靈活性和 安全性。此外，本實用新型提出的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置基于電磁感應(yīng)原理，對于收、發(fā)線 圈相對位置的方向性要求較低，可以在較大的空間角度范圍內(nèi)實現(xiàn)近距離非接觸式無線傳 輸。除此之外，該裝置還具有成本低、功耗小等一系列優(yōu)點，與水聲通訊、水下光學(xué)通訊等背 景技術(shù)相比，更加適合實現(xiàn)水下近距離非接觸式無線數(shù)據(jù)傳輸。

圖1為實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的耦合信號發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中的耦合信號接收模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括數(shù)據(jù)發(fā)送終端1、耦合 信號發(fā)送模塊2、耦合信號接收模塊5、發(fā)送線圈3、接收線圈4以及數(shù)據(jù)接收終端6。數(shù)據(jù)發(fā)送終端1通過串口與耦合信號發(fā)送模塊2連接，耦合信號發(fā)送模塊2的輸 出端與發(fā)送線圈信號連接，發(fā)送線圈3對應(yīng)接收線圈4設(shè)置，在海水介質(zhì)中以電磁耦合方式 相連接，接收線圈4與耦合信號接收模塊5的輸入端信號連接，耦合信號接收模塊5通過串 口與數(shù)據(jù)接收終端6連接。如圖2所示，耦合信號發(fā)送模塊2包含數(shù)據(jù)接口 2-1、調(diào)制電路2-2、功放電路2_3 ； 數(shù)據(jù)接口 2-1與調(diào)制電路2-2信號連接；調(diào)制電路2-2與功放電路2-3信號連接，功放電路 2-3與發(fā)送線圈3信號連接。如圖3所示，耦合信號接收模塊5包含放大電路5-1、前端濾波電路5-2、檢波電路 5-3、后端濾波電路5-4、數(shù)字信號還原電路5-5以及數(shù)據(jù)接口 5-6，放大電路5-1 —端連接 收線圈4，另一端與前端濾波電路5-2 —端信號連接，前端濾波電路5-2另一端與檢波電路 5-3 一端信號連接，檢波電路5-3另一端與后端濾波電路5-4 —端信號連接，后端濾波電路 5-4與數(shù)字信號還原電路5-5 —端信號連接，數(shù)字信號還原電路5-5另一端連接數(shù)據(jù)接口 5-6。發(fā)送線圈和接收線圈均為采用漆包線繞制的具有一定匝數(shù)和半徑的封閉空心線 圈，其一端與對應(yīng)的模塊連接，另一端接地。耦合信號發(fā)送模塊中數(shù)據(jù)接口采用RS232串口，用于接收待發(fā)送數(shù)據(jù)；調(diào)制電路 采用幅度鍵控(ASK)調(diào)制方式，將待發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制到一定頻率的載波信號上；功放電路采 用甲乙類互補推挽功率放大電路，用于將經(jīng)過調(diào)制的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行功率放大。耦合信號接收模塊中放大電路采用集成運放構(gòu)成的電壓放大電路實現(xiàn)接收線圈 上微弱電壓信號的放大；前端濾波電路采用集成運放構(gòu)成的有源低通濾波器濾除頻率高于 載波頻率的噪聲信號；檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波電路獲取已發(fā)生畸變的基帶信號；后 端濾波電路采用有源低通濾波器進(jìn)一步濾除干擾成分；數(shù)字信號還原電路采用施密特觸發(fā)電路實現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)信號的還原；數(shù)據(jù)接口電路采用RS232串口，用于向數(shù)據(jù)接收終端傳輸 還原后的數(shù)據(jù)信號。發(fā)送線圈為采用漆包線繞制的具有一定匝數(shù)和半徑的封閉空心線圈，用于經(jīng)過功率放大后的調(diào)制信號的耦合輸出；接收線圈與發(fā)送線圈參數(shù)完全一致，用于調(diào)制信號的耦 合接收。本實用新型裝置的工作方式為數(shù)據(jù)發(fā)送終端通過RS232串口將待發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸 至耦合信號發(fā)送模塊；調(diào)制電路產(chǎn)生載波并采用ASK方式將待發(fā)送數(shù)據(jù)信號調(diào)制到載波 上；調(diào)制信號經(jīng)過功放電路發(fā)大后輸出到發(fā)送線圈；接收線圈在一定的距離和空間角度范 圍內(nèi)通過電磁耦合方式從發(fā)送線圈獲取經(jīng)調(diào)制的發(fā)送信號，并將其傳輸至耦合信號接收模 塊；由放大電路和前端濾波電路將信號進(jìn)行放大并濾除高于載波頻率的干擾信號后，輸出 至檢波電路；檢波電路采用二極管包絡(luò)檢波方式獲取已發(fā)生畸變的基帶信號，經(jīng)低通濾波 后再利用施密特觸發(fā)電路還原出原始發(fā)送信號；經(jīng)還原的發(fā)送信號通過數(shù)據(jù)接口 RS232傳 輸至數(shù)據(jù)接收終端進(jìn)行后續(xù)處理。
權(quán)利要求基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括數(shù)據(jù)發(fā)送終端、耦合信號發(fā)送模塊、耦合信號接收模塊、發(fā)送線圈、接收線圈和數(shù)據(jù)接收終端，其特征在于數(shù)據(jù)發(fā)送終端通過串口與耦合信號發(fā)送模塊連接，耦合信號發(fā)送模塊的輸出端與發(fā)送線圈信號連接，發(fā)送線圈對應(yīng)接收線圈設(shè)置，在海水介質(zhì)中以電磁耦合方式相連接，接收線圈與耦合信號接收模塊的輸入端信號連接，耦合信號接收模塊通過串口與數(shù)據(jù)接收終端連接；所述的發(fā)送線圈和接收線圈均為采用漆包線繞制的封閉空心線圈；所述的耦合信號發(fā)送模塊包含數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路、功放電路；數(shù)據(jù)接口與調(diào)制電路信號連接；調(diào)制電路與功放電路信號連接，功放電路與發(fā)送線圈信號連接；所述的耦合信號接收模塊包含放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電路、數(shù)字信號還原電路以及數(shù)據(jù)接口，放大電路一端連接接收線圈，另一端與前端濾波電路一端信號連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號連接，檢波電路另一端與后端濾波電路一端信號連接，后端濾波電路與數(shù)字信號還原電路一端信號連接，數(shù)字信號還原電路另一端連接數(shù)據(jù)接口。
專利摘要本實用新型涉及基于感應(yīng)耦合的水下無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。目前水下數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)較長距離的無中繼無線通信。本實用新型中數(shù)據(jù)發(fā)送終端通過串口與耦合信號發(fā)送模塊連接，耦合信號發(fā)送模塊的輸出端與發(fā)送線圈信號連接，發(fā)送線圈對應(yīng)接收線圈設(shè)置，在海水介質(zhì)中以電磁耦合方式相連接，接收線圈與耦合信號接收模塊的輸入端信號連接，耦合信號接收模塊通過串口與數(shù)據(jù)接受終端連接。本實用新型可以在較大的空間角度范圍內(nèi)實現(xiàn)近距離非接觸式無線傳輸，具有成本低、功耗小等優(yōu)點，更加適合實現(xiàn)水下近距離非接觸式無線數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號H04B1/38GK201557113SQ20092020039
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者于海濱, 劉圓圓, 劉敬彪, 劉洋, 劉純虎, 盛慶華 申請人:杭州電子科技大學(xué)