專利名稱：基于塑包鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下有線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以塑包鏈為傳輸介質(zhì)的基于感應(yīng)耦合的水下數(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(shí)現(xiàn)。由于電磁波在水中衰減速度非?？?，無法實(shí)現(xiàn)較長距離的無中繼無線通信，因而水下長距離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，如監(jiān)測浮標(biāo)數(shù)據(jù)回收、水下傳感器布網(wǎng)等，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，由于需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，若采用聲通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，則不僅成本過高，同時(shí)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。目前可以用于水下的通信方式中，有線通信系統(tǒng)方式通信距離遠(yuǎn)、傳輸率較高，但操作困難且水下環(huán)境特殊，通信傳輸纜易斷，為保證通信安全將會大大增加成本；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(jià)高，同時(shí)通信的方向性要求高；水下LED光學(xué)通信系統(tǒng)造價(jià)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；水下非接觸磁耦合通信系統(tǒng)造價(jià)低、功耗低、對通信方向要求不高，是一種比較好的通信方式，但它的通信距離太短，對于浮標(biāo)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的成本和穩(wěn)定可靠性方面都有一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種以塑包鏈為傳輸介質(zhì)的基于感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。本發(fā)明包括電源電路、信號處理電路、發(fā)送電路、接收電路和磁電耦合環(huán)。電源電路給信號處理電路提供+3. 3伏電源，給接收電路提供+5伏和-5伏電源；信號處理電路通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信，信號處理電路給發(fā)送電路提供調(diào)制后的發(fā)送信號，發(fā)送電路將調(diào)制后的發(fā)送信號送給磁電耦合環(huán)發(fā)送出去，磁電耦合環(huán)感應(yīng)到信號后送給接收電路，接收的信號經(jīng)過接收電路處理后進(jìn)入信號處理電路，信號處理電路將最終解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信；
所述的電源電路包含一個(gè)一級電源轉(zhuǎn)換芯片、兩個(gè)二級電源轉(zhuǎn)換芯片、四個(gè)鉭電容、三個(gè)瓷片電容、兩個(gè)二極管、一個(gè)穩(wěn)壓管、電感和保險(xiǎn)絲，其中穩(wěn)壓管為M伏的穩(wěn)壓管、一級電源轉(zhuǎn)換芯片為National Semiconductor公司的LM2576S-5、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片為 Texas hstruments 公司的 TPS60403、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片為 Advanced MonolithicSystems 公司的 AMSl 117-3. 3 ；
保險(xiǎn)絲的一端作為輸入端與9 35伏電壓源輸入相連，另一端分別與第一二極管的陽極、穩(wěn)壓管的陰極連接，第一二極管的陰極與一級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳、第一鉭電容的正極連接，一級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳與第二二極管的陰極、電感的一端連接，電感的另一端與一級電源轉(zhuǎn)換芯片的4腳、第二鉭電容的正極連接，穩(wěn)壓管的陽極、第二二極管的陽極、第一鉭電容的負(fù)極、第二鉭電容的負(fù)極、一級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳和5腳接地，第二鉭電容的正極作為+5伏電源輸出端；
第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳、第一瓷片電容的一端、第三鉭電容的正極分別與第二鉭電容的正極連接，第二瓷片電容的兩端分別與第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳和5腳連接，第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳與第三瓷片電容的一端連接，作為-5伏電源輸出端，第一瓷片電容的另一端、第三瓷片電容的另一端、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的4腳接地；
第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳與第四鉭電容的正極連接，作為+3. 3伏電源輸出端，第三鉭電容的負(fù)極、第四鉭電容的負(fù)極、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳接地。所述的信號處理電路包括CPLD芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、仿真調(diào)試接口、復(fù)位按鍵、晶振、五個(gè)濾波電容、六個(gè)瓷片電容、七個(gè)電阻，其中CPLD芯片為Altera公司的EPM570T144C5N、電平轉(zhuǎn)換芯片為Maxium公司的MAX3232、晶振為3. 3伏供電的54MHz有源晶振、仿真調(diào)試接口為十插針封裝JTlO ；
五個(gè)濾波電容并聯(lián)后的一端接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，并聯(lián)后的另一端接地，CPLD芯片的9腳、19腳、25腳、46腳、56腳、64腳、82腳、90腳、100腳、116腳、126腳、136腳接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，CPLD芯片的10腳、17腳、26腳、47腳、54腳、65腳、83腳、92腳、99腳、115腳、128腳、135腳接地；
電平轉(zhuǎn)換芯片的6腳與第四瓷片電容的一端連接，第四瓷片電容的另一端接地，第五瓷片電容的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片的4腳和5腳連接，第六瓷片電容的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片的1腳和3腳連接，第七瓷片電容的一端與電平轉(zhuǎn)換芯片的2腳連接，第七瓷片電容的另一端、電平轉(zhuǎn)換芯片的16腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，電平轉(zhuǎn)換芯片的15腳接地，電平轉(zhuǎn)換芯片的12腳連接CPLD芯片的3腳，電平轉(zhuǎn)換芯片的11腳連接CPLD芯片的4腳，電平轉(zhuǎn)換芯片的13腳作為數(shù)據(jù)輸入腳、14腳作為數(shù)據(jù)輸出腳；
第一電阻的一端與仿真調(diào)試接口的1腳、CPLD芯片的35腳連接，第二電阻的一端與仿真調(diào)試接口的3腳、CPLD芯片的36腳連接，第三電阻的一端與仿真調(diào)試接口的5腳、CPLD芯片的33腳連接，第四電阻的一端與仿真調(diào)試接口的9腳、CPLD芯片的34腳連接，第一電阻的另一端、仿真調(diào)試接口的2腳和10腳接地，第二電阻的另一端、第三電阻的另一端、第四電阻的另一端、仿真調(diào)試接口的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接；
復(fù)位按鍵的一端與第五電阻的一端、第八瓷片電容的一端、CPLD芯片的61腳連接，第五電阻的另一端與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，復(fù)位按鍵的另一端和第八瓷片電容的另一端接地；
晶振的3腳與第六電阻的一端、第七電阻的一端連接，第六電阻的另一端與CPLD芯片的91腳連接，第七電阻的另一端、第九瓷片電容的一端、晶振的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，第九瓷片電容的另一端、晶振的2腳接地。所述的發(fā)送電路包括第八電阻和第三二極管，第八電阻的一端與信號處理電路中的CPLD芯片的93腳連接，第八電阻的另一端與第三二極管的陽極連接。所述的磁電耦合環(huán)包括漆包線圈和鐵氧體磁環(huán)；所述的鐵氧體磁環(huán)為兩個(gè)等徑的半圓環(huán)對接構(gòu)成的圓環(huán)形磁環(huán)，兩個(gè)半圓環(huán)對接處留有間隙；所述的漆包線圈為纏繞而構(gòu)成的線圈，漆包線圈套在鐵氧體磁環(huán)中的一個(gè)半圓環(huán)上，漆包線圈的一個(gè)接線頭接地，另一個(gè)接線頭與第三二極管D4的陰極連接。所述的接收電路包括四個(gè)運(yùn)算放大芯片、一個(gè)比較芯片、十四個(gè)電阻、五個(gè)瓷片電容和一個(gè)聚丙烯電容，其中四個(gè)運(yùn)算放大芯片采用Anolog Devices公司的0P37，比較芯片采用Philips公司的LM393 ；
聚丙烯電容的一端與第一運(yùn)算放大芯片的3腳和第三二極管D4的陰極連接，作為接受信號輸入端，聚丙烯電容的另一端接地，第一運(yùn)算放大芯片的2腳與第九電阻的一端、第十電阻的一端連接，第九電阻的另一端接地，第十電阻的另一端與第一運(yùn)算放大芯片的6腳、第十一電阻的一端連接，第一運(yùn)算放大芯片的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十一電阻的另一端與第十二電阻的一端、第十瓷片電容的一端、第十一瓷片電容的一端連接，第十二電阻的另一端接地，第十瓷片電容的另一端、十三電阻的一端、十四電阻的一端與第二運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十一瓷片電容的另一端、十三電阻的另一端與第二運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第二運(yùn)算放大芯片的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十四電阻的另一端與第十五電阻的一端、第十二瓷片電容的一端、第十三瓷片電容的一端連接，第十五電阻的另一端接地，第十二瓷片電容的另一端、第十六電阻的一端與第三運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十三瓷片電容的另一端、第十六電阻的另一端與第三運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第三運(yùn)算放大芯片的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第四運(yùn)算放大芯片的3腳與第三運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十七電阻的一端、第十八電阻的一端與第四運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第十七電阻的另一端接地，第十八電阻的另一端、第十九電阻的一端與第四運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第四運(yùn)算放大芯片的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十九電阻的另一端和第十四瓷片電容的一端與比較芯片的3腳連接，第十四瓷片電容的另一端接地，比較芯片的8腳和第二十電阻的一端與電源電路的+5伏電源輸出端連接，比較芯片的1腳和第二十電阻的另一端與第二十一電阻的一端連接，第二十一電阻的另一端與第二十二電阻的一端連接，作為接受信號經(jīng)過接受電路的輸出端，該信號輸出端與信號處理電路中的CPLD芯片的103腳連接，第二十二電阻的另一端接地，比較芯片的2腳、4腳、5腳和6腳接地。本發(fā)明的耦合數(shù)據(jù)收發(fā)裝置可以實(shí)現(xiàn)水下長距離半雙工通信，具有體積小、功耗低，可長距離通信優(yōu)點(diǎn)，而且在塑包纜上直接掛載的安裝方式不存在漏水影響，安全、靈活，利于實(shí)現(xiàn)垂直剖面任意位置、長距離、多種傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞，滿足某些特定水下應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L距離、低成本、低功耗和高可靠性要求。本發(fā)明的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的傳輸介質(zhì)，僅為一根結(jié)實(shí)可靠的塑包鏈，因而通信雙方位置可以任意變化，既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性，同時(shí)也保障了水下設(shè)備的靈活性和安全性。此外，對于同一條塑包鏈上，可以掛載多個(gè)該水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，而且其掛載或拆卸方便，其中一個(gè)收發(fā)裝置出現(xiàn)故障不會影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，這些特點(diǎn)非常有利于水下傳感器布網(wǎng)監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)。除此之外，該裝置還具有成本低、功耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)，與水聲通訊、水下光學(xué)通訊等技術(shù)相比，更加適合應(yīng)用于海洋監(jiān)測浮標(biāo)數(shù)據(jù)回收、水下傳感器布網(wǎng)等應(yīng)用環(huán)境。


圖1為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中的電源電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中的信號處理電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1中的發(fā)送電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖1中的磁電耦合環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖1中的接收電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為該水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置工作示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種基于塑包鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置包括電源電路1、信號處理電路2、發(fā)送電路3、接收電路5和磁電耦合環(huán)4。電源電路1給信號處理電路2提供+3. 3伏電源，給接收電路5提供+5伏電源和_5伏電源。信號處理電路2通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信，信號處理電路2給發(fā)送電路3提供調(diào)制后的發(fā)送信號，發(fā)送電路3將調(diào)制后的發(fā)送信號送給磁電耦合環(huán)4發(fā)送出去，磁電耦合環(huán)4感應(yīng)到信號后送給接收電路5，接收的信號經(jīng)過接收電路5處理后進(jìn)入信號處理電路2，信號處理電路2將最終解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通
fn °如圖2所示，電源電路1包含一個(gè)一級電源轉(zhuǎn)換芯片、兩個(gè)二級電源轉(zhuǎn)換芯片、四個(gè)鉭電容、三個(gè)瓷片電容、兩個(gè)二極管、一個(gè)穩(wěn)壓管、電感和保險(xiǎn)絲，其中穩(wěn)壓管D2為M伏的穩(wěn)壓管、一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl采用National Semiconductor公司的LM2576S-5、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2采用Texas Instruments公司的TPS60403、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3采用 Advanced Monolithic Systems 公司的 AMSl 117-3. 3 ；
保險(xiǎn)絲Fl —端作為輸入端，與9 35伏電壓源輸入相連，保險(xiǎn)絲Fl的另一端分別與第一二極管Dl的陽極、穩(wěn)壓管D2的陰極連接，第一二極管Dl的陰極與一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl的1腳、第一鉭電容Cl的正極連接，一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl的2腳與第二二極管D3的陰極、電感Ll的一端連接，電感Ll的另一端與一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl的4腳、第二鉭電容C2的正極連接，穩(wěn)壓管D2的陽極、第二二極管D3的陽極、第一鉭電容Cl的負(fù)極、第二鉭電容C2的負(fù)極、一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl的3腳和5腳接地，第二鉭電容C2的正極作為+5伏電源輸出端；
+5伏電源輸出端分別與第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的2腳、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3的1腳、第一瓷片電容C3的一端、第三鉭電容C6的正極連接，第二瓷片電容C4的兩端分別與第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的3腳和5腳連接，第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的1腳與第三瓷片電容C5的一端連接，作為-5伏電源輸出端，第一瓷片電容C3的另一端、第三瓷片電容C5的另一端、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的4腳接地；
第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3的3腳與第四鉭電容C7的正極連接，作為+3. 3伏電源輸出端，第三鉭電容C6的負(fù)極、第四鉭電容C7的負(fù)極、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3的2腳接地。一級電源轉(zhuǎn)換芯片ICl的4腳連接電感Ll的一端和第二鉭電容C2的正極作為整個(gè)電源電路+5伏電源的輸出端；第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的2腳作為一級電源+5伏電源的輸入端，第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC2的1腳為整個(gè)電源電路-5伏電源輸出端，同時(shí)并聯(lián)第三瓷片電容C5到地；第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3的1腳作為一級電源+5伏電源的輸入端，同時(shí)并聯(lián)第三鉭電容C6到地，第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片IC3的3腳并聯(lián)第四鉭電容C7到地，同時(shí)也為整個(gè)電源電路提供+3. 3V電源。如圖3所示，信號處理電路2包括CPLD芯片IC4、電平轉(zhuǎn)換芯片IC5、仿真調(diào)試接口Jl、復(fù)位按鍵RESET、晶振IC6、五個(gè)濾波電容、六個(gè)瓷片電容、七個(gè)電阻，其中CPLD芯片IC4采用Altera公司的EPM570T144C5N、電平轉(zhuǎn)換芯片IC5采用Maxium公司的MAX3232、晶振IC6采用3. 3伏供電的54MHz有源晶振、仿真調(diào)試接口 Jl采用十插針封裝JTlO ；
五個(gè)濾波電容C8、C9、CIO、ClU C12并聯(lián)后的一端接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，并聯(lián)后的另一端接地，CPLD芯片IC4的9腳、19腳、25腳、46腳、56腳、64腳、82腳、90腳、100腳、116腳、126腳、136腳接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，CPLD芯片IC4的10腳、17腳、26腳、47腳、54腳、65腳、83腳、92腳、99腳、115腳、128腳、135腳接地；
電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的6腳與第四瓷片電容C13的一端連接，第四瓷片電容C13的另一端接地，第五瓷片電容C14的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的4腳和5腳連接，第六瓷片電容C15的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的1腳和3腳連接，第七瓷片電容C16的一端與電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的2腳連接，第七瓷片電容C16的另一端、電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的16腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的15腳接地，電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的12腳連接CPLD芯片IC4的3腳，電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的11腳連接CPLD芯片IC4的4腳，電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的13腳作為數(shù)據(jù)輸入腳、14腳作為數(shù)據(jù)輸出腳；
第一電阻Rl的一端與仿真調(diào)試接口 Jl的1腳、CPLD芯片IC4的35腳連接，第二電阻R2的一端與仿真調(diào)試接口 Jl的3腳、CPLD芯片IC4的36腳連接，第三電阻R3的一端與仿真調(diào)試接口 Jl的5腳、CPLD芯片IC4的33腳連接，第四電阻R4的一端與仿真調(diào)試接口 Jl的9腳、CPLD芯片IC4的34腳連接，第一電阻Rl的另一端、仿真調(diào)試接口 Jl的2腳和10腳接地，第二電阻R2的另一端、第三電阻R3的另一端、第四電阻R4的另一端、仿真調(diào)試接口 Jl的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接；
復(fù)位按鍵RESET的一端與第五電阻R5的一端、第八瓷片電容C17的一端、CPLD芯片IC4的61腳連接，第五電阻R5的另一端與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，復(fù)位按鍵RESET的另一端和第八瓷片電容C17的另一端接地；
晶振IC6的3腳與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端連接，第六電阻R6的另一端與CPLD芯片IC4的91腳連接，第七電阻R7的另一端、第九瓷片電容C18的一端、晶振IC6的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，第九瓷片電容C18的另一端、晶振IC6的2腳接地。信號處理電路的主要功能是在發(fā)送過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的DPSK調(diào)制；在接收過程中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的解調(diào)過程。復(fù)位按鍵RESET與電容C17并聯(lián)再與電阻R5串聯(lián)構(gòu)成CPLD芯片IC4的復(fù)位電路，為CPLD芯片IC4的61腳提供復(fù)位信號。晶振IC6并聯(lián)電容C18，再接上拉電阻R7，再與電阻R6串聯(lián)構(gòu)成CPLD芯片IC4的時(shí)鐘源電路，為CPLD芯片IC4提供工作時(shí)鐘。仿真調(diào)試接口 Jl接上拉電阻R2、R3、R4，下拉電阻Rl構(gòu)成CPLD芯片IC4仿真調(diào)試接口電路，對CPLD芯片IC4的程序JTAG下載、調(diào)試都可以通過該接口。CPLD芯片IC4的93腳作為發(fā)送信號輸出腳，并與發(fā)送電路的發(fā)送信號輸入端連接，CPLD芯片IC4的103腳作為接收信號的輸入腳，并與接收電路的接收信號輸出端連接。電平轉(zhuǎn)換芯片IC5的13腳和14腳和地構(gòu)成RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口接口作為與外部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?。如圖4所示，發(fā)送電路3包括第八電阻R8和第三二極管D4，第八電阻R8的一端與信號處理電路中的CPLD芯片IC4的93腳連接，作為信號的輸入端，第八電阻R8的另一端與第三二極管D4的陽極連接。第三二極管D4的陰極作為信號的輸出端。如圖5所示，磁電耦合環(huán)4包括漆包線圈4-2和鐵氧體磁環(huán)4-1，所述的鐵氧體磁環(huán)4-1為兩個(gè)等徑的半圓環(huán)對接構(gòu)成的圓環(huán)形磁環(huán)，兩個(gè)半圓環(huán)對接處留有間隙，其截面為長方形；漆包線圈為圍繞長10mm、寬20 mm的長方形纏繞而構(gòu)成的線圈，漆包線圈套在鐵氧體磁環(huán)中的一個(gè)半圓環(huán)上，漆包線圈的一個(gè)接線頭接地，另一個(gè)接線頭與第三二極管D4的陰極連接，作為信號的輸入端。磁電耦合環(huán)的主要功能是在發(fā)送過程中實(shí)現(xiàn)電一磁的轉(zhuǎn)化過程；在接收過程中實(shí)現(xiàn)磁一電的轉(zhuǎn)化過程。如圖6所示，接收電路5包括四個(gè)運(yùn)算放大芯片、一個(gè)比較芯片、十四個(gè)電阻、五個(gè)瓷片電容和一個(gè)聚丙烯電容，其中四個(gè)運(yùn)算放大芯片采用Anolog Devices公司的0P37，比較芯片采用Philips公司的LM393 ；
聚丙烯電容C19的一端和第一運(yùn)算放大芯片IC7的3腳、磁電耦合環(huán)的信號端、第三二極管D4的陰極連接，作為接受信號輸入端，聚丙烯電容C19的另一端接地，第一運(yùn)算放大芯片IC7的2腳與第九電阻R9的一端、第十電阻RlO的一端連接，第九電阻R9的另一端接地，第十電阻RlO的另一端與第一運(yùn)算放大芯片IC7的6腳、第十一電阻Rll的一端連接，第一運(yùn)算放大芯片IC7的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十一電阻Rll的另一端與第十二電阻R12的一端、第十瓷片電容C20的一端、第十一瓷片電容C21的一端連接，第十二電阻R12的另一端接地，第十瓷片電容C20的另一端、十三電阻R13的一端、十四電阻R14的一端與第二運(yùn)算放大芯片IC8的6腳連接，第十一瓷片電容C21的另一端、十三電阻R13的另一端與第二運(yùn)算放大芯片IC8的2腳連接，第二運(yùn)算放大芯片IC8的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十四電阻R14的另一端與第十五電阻R15的一端、第十二瓷片電容C22的一端、第十三瓷片電容C23的一端連接，第十五電阻R15的另一端接地，第十二瓷片電容C22的另一端、第十六電阻R16的一端與第三運(yùn)算放大芯片IC9的6腳連接，第十三瓷片電容C23的另一端、第十六電阻R16的另一端與第三運(yùn)算放大芯片IC9的2腳連接，第三運(yùn)算放大芯片IC9的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第四運(yùn)算放大芯片IClO的3腳與第三運(yùn)算放大芯片IC9的6腳連接，第十七電阻R17的一端、第十八電阻R18的一端與第四運(yùn)算放大芯片IClO的2腳連接，第十七電阻R17的另一端接地，第十八電阻R18的另一端、第十九電阻R19的一端與第四運(yùn)算放大芯片IClO
10的6腳連接，第四運(yùn)算放大芯片IClO的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；
第十九電阻R19的另一端和第十四瓷片電容CM的一端與比較芯片ICll的3腳連接，第十四瓷片電容C24的另一端接地，比較芯片ICll的8腳和第二十電阻R20的一端與電源電路的+5伏電源輸出端連接，比較芯片ICll的1腳和第二十電阻R20的另一端與第二十一電阻R21的一端連接，第二十一電阻R21的另一端與第二十二電阻R22的一端連接，作為接受信號經(jīng)過接受電路的輸出端，該信號輸出端與信號處理電路中的CPLD芯片IC4的103腳連接，第二十二電阻R22的另一端接地，比較芯片ICll的2腳、4腳、5腳和6腳接地。接收電路的主要功能是先放大接收到的小信號，然后再實(shí)現(xiàn)帶通濾波、放大功能，最后比較判定輸出數(shù)字信號送入信號處理電路的CPLD芯片IC4進(jìn)行處理。第一運(yùn)算放大芯片IC7、電阻R9、R10構(gòu)成前級放大電路，第二運(yùn)算放大芯片IC8、電阻R11、R12、R13、電容C20、C21構(gòu)成一級帶通濾波電路，第四運(yùn)算放大芯片IC10、電阻R17、R18構(gòu)成后級放大電路，比較芯片ICll的輸出端1腳再接上拉電阻R20構(gòu)成比較判決電路，電阻R21的另一端和電阻R22連接并作為接收電路的信號輸出端。該水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置的技術(shù)指標(biāo)為數(shù)據(jù)傳輸速率1200Bit/s ；數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232 ；PSK載波頻率9600 Hz ；耦合通信模塊體積45X105X 15mm;供電電壓9 35V ；電路功耗0. 5W ；連續(xù)工作時(shí)間不限。本發(fā)明裝置的工作方式如圖7所示(圖中波浪線表示水下環(huán)境)兩個(gè)相同的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置1-1和2-2，以及一條傳輸介質(zhì)塑包鏈，待發(fā)送數(shù)據(jù)通過RS232串口標(biāo)準(zhǔn)接口將待發(fā)送數(shù)據(jù)信息傳輸水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置1-1，數(shù)據(jù)信息經(jīng)過水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置1-1中的信號處理電路、發(fā)送電路、磁電耦合環(huán)后，在塑包鏈上形成感應(yīng)的交流信號，之后水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置2-2的磁電耦合環(huán)上感應(yīng)到變化的電壓信號，該變化的電壓信號經(jīng)過水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置2-2的接收電路、信號處理電路后，通過水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置2-2的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口接口輸出接受到的數(shù)據(jù)，同理，要實(shí)現(xiàn)從水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置2-2發(fā)送數(shù)據(jù)到水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置1-1，其過程相反。
權(quán)利要求
1.基于塑包鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，包括電源電路、信號處理電路、發(fā)送電路、接收電路和磁電耦合環(huán)；電源電路給信號處理電路提供+3. 3伏電源，給接收電路提供+5伏和-5伏電源，信號處理電路通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信，信號處理電路給發(fā)送電路提供調(diào)制后的發(fā)送信號，發(fā)送電路將調(diào)制后的發(fā)送信號送給磁電耦合環(huán)發(fā)送，磁電耦合環(huán)將感應(yīng)信號送給接收電路，經(jīng)過接收電路處理后進(jìn)入信號處理電路，信號處理電路將最終解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信；其特征在于所述的電源電路包含一個(gè)一級電源轉(zhuǎn)換芯片、兩個(gè)二級電源轉(zhuǎn)換芯片、四個(gè)鉭電容、三個(gè)瓷片電容、兩個(gè)二極管、一個(gè)穩(wěn)壓管、電感和保險(xiǎn)絲，其中穩(wěn)壓管為M伏的穩(wěn)壓管、一級電源轉(zhuǎn)換芯片為National Semiconductor公司的LM2576S-5、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片為 Texas Instruments 公司的 TPS60403、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片為 Advanced MonolithicSystems 公司的 AMSl 117-3. 3 ；保險(xiǎn)絲的一端作為輸入端與9 35伏電壓源輸入相連，另一端分別與第一二極管的陽極、穩(wěn)壓管的陰極連接，第一二極管的陰極與一級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳、第一鉭電容的正極連接，一級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳與第二二極管的陰極、電感的一端連接，電感的另一端與一級電源轉(zhuǎn)換芯片的4腳、第二鉭電容的正極連接，穩(wěn)壓管的陽極、第二二極管的陽極、第一鉭電容的負(fù)極、第二鉭電容的負(fù)極、一級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳和5腳接地，第二鉭電容的正極作為+5伏電源輸出端；第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳、第一瓷片電容的一端、第三鉭電容的正極分別與第二鉭電容的正極連接，第二瓷片電容的兩端分別與第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳和5腳連接，第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的1腳與第三瓷片電容的一端連接，作為-5伏電源輸出端，第一瓷片電容的另一端、第三瓷片電容的另一端、第一二級電源轉(zhuǎn)換芯片的4腳接地；第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的3腳與第四鉭電容的正極連接，作為+3. 3伏電源輸出端，第三鉭電容的負(fù)極、第四鉭電容的負(fù)極、第二二級電源轉(zhuǎn)換芯片的2腳接地；所述的信號處理電路包括CPLD芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、仿真調(diào)試接口、復(fù)位按鍵、晶振、五個(gè)濾波電容、六個(gè)瓷片電容、七個(gè)電阻，其中CPLD芯片為Altera公司的EPM570T144C5N、電平轉(zhuǎn)換芯片為Maxium公司的MAX3232、晶振為3. 3伏供電的54MHz有源晶振、仿真調(diào)試接口為十插針封裝JTlO ；五個(gè)濾波電容并聯(lián)后的一端接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，并聯(lián)后的另一端接地，CPLD芯片的9腳、19腳、25腳、46腳、56腳、64腳、82腳、90腳、100腳、116腳、126腳、136腳接電源電路的+3. 3伏電源輸出端，CPLD芯片的10腳、17腳、26腳、47腳、54腳、65腳、83腳、92腳、99腳、115腳、1 腳、135腳接地；電平轉(zhuǎn)換芯片的6腳與第四瓷片電容的一端連接，第四瓷片電容的另一端接地，第五瓷片電容的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片的4腳和5腳連接，第六瓷片電容的兩端分別與電平轉(zhuǎn)換芯片的1腳和3腳連接，第七瓷片電容的一端與電平轉(zhuǎn)換芯片的2腳連接，第七瓷片電容的另一端、電平轉(zhuǎn)換芯片的16腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，電平轉(zhuǎn)換芯片的15腳接地，電平轉(zhuǎn)換芯片的12腳連接CPLD芯片的3腳，電平轉(zhuǎn)換芯片的11腳連接CPLD芯片的4腳，電平轉(zhuǎn)換芯片的13腳作為數(shù)據(jù)輸入腳、14腳作為數(shù)據(jù)輸出腳；第一電阻的一端與仿真調(diào)試接口的1腳、CPLD芯片的35腳連接，第二電阻的一端與仿真調(diào)試接口的3腳、CPLD芯片的36腳連接，第三電阻的一端與仿真調(diào)試接口的5腳、CPLD芯片的33腳連接，第四電阻的一端與仿真調(diào)試接口的9腳、CPLD芯片的34腳連接，第一電阻的另一端、仿真調(diào)試接口的2腳和10腳接地，第二電阻的另一端、第三電阻的另一端、第四電阻的另一端、仿真調(diào)試接口的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接；復(fù)位按鍵的一端與第五電阻的一端、第八瓷片電容的一端、CPLD芯片的61腳連接，第五電阻的另一端與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，復(fù)位按鍵的另一端和第八瓷片電容的另一端接地；晶振的3腳與第六電阻的一端、第七電阻的一端連接，第六電阻的另一端與CPLD芯片的91腳連接，第七電阻的另一端、第九瓷片電容的一端、晶振的4腳與電源電路的+3. 3伏電源輸出端連接，第九瓷片電容的另一端、晶振的2腳接地；所述的發(fā)送電路包括第八電阻和第三二極管，第八電阻的一端與信號處理電路中的CPLD芯片的93腳連接，第八電阻的另一端與第三二極管的陽極連接；所述的磁電耦合環(huán)包括漆包線圈和鐵氧體磁環(huán)；所述的鐵氧體磁環(huán)為兩個(gè)等徑的半圓環(huán)對接構(gòu)成的圓環(huán)形磁環(huán)，兩個(gè)半圓環(huán)對接處留有間隙；所述的漆包線圈為纏繞而構(gòu)成的線圈，漆包線圈套在鐵氧體磁環(huán)中的一個(gè)半圓環(huán)上，漆包線圈的一個(gè)接線頭接地，另一個(gè)接線頭與第三二極管D4的陰極連接；所述的接收電路包括四個(gè)運(yùn)算放大芯片、一個(gè)比較芯片、十四個(gè)電阻、五個(gè)瓷片電容和一個(gè)聚丙烯電容，其中四個(gè)運(yùn)算放大芯片采用Anolog Devices公司的0P37，比較芯片采用Philips 公司的 LM393 ；聚丙烯電容的一端與第一運(yùn)算放大芯片的3腳和第三二極管D4的陰極連接，作為接受信號輸入端，聚丙烯電容的另一端接地，第一運(yùn)算放大芯片的2腳與第九電阻的一端、第十電阻的一端連接，第九電阻的另一端接地，第十電阻的另一端與第一運(yùn)算放大芯片的6腳、第十一電阻的一端連接，第一運(yùn)算放大芯片的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；第十一電阻的另一端與第十二電阻的一端、第十瓷片電容的一端、第十一瓷片電容的一端連接，第十二電阻的另一端接地，第十瓷片電容的另一端、十三電阻的一端、十四電阻的一端與第二運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十一瓷片電容的另一端、十三電阻的另一端與第二運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第二運(yùn)算放大芯片的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；第十四電阻的另一端與第十五電阻的一端、第十二瓷片電容的一端、第十三瓷片電容的一端連接，第十五電阻的另一端接地，第十二瓷片電容的另一端、第十六電阻的一端與第三運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十三瓷片電容的另一端、第十六電阻的另一端與第三運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第三運(yùn)算放大芯片的3腳接地、4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；第四運(yùn)算放大芯片的3腳與第三運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第十七電阻的一端、第十八電阻的一端與第四運(yùn)算放大芯片的2腳連接，第十七電阻的另一端接地，第十八電阻的另一端、第十九電阻的一端與第四運(yùn)算放大芯片的6腳連接，第四運(yùn)算放大芯片的4腳與電源電路的-5伏電源輸出端連接、7腳與電源電路的+5伏電源輸出端連接；第十九電阻的另一端和第十四瓷片電容的一端與比較芯片的3腳連接，第十四瓷片電容的另一端接地，比較芯片的8腳和第二十電阻的一端與電源電路的+5伏電源輸出端連接，比較芯片的1腳和第二十電阻的另一端與第二十一電阻的一端連接，第二十一電阻的另一端與第二十二電阻的一端連接，作為接受信號經(jīng)過接受電路的輸出端，該信號輸出端與信號處理電路中的CPLD芯片的103腳連接，第二十二電阻的另一端接地，比較芯片的2腳、4腳、5腳和6腳接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于塑包鏈感應(yīng)耦合的水下數(shù)據(jù)收發(fā)裝置?，F(xiàn)有水下通信裝置成本高、操作困難。本發(fā)明包括電源電路、信號處理電路、發(fā)送電路、接收電路和磁電耦合環(huán)；電源電路給信號處理電路提供+3.3伏電源，給接收電路提供+5伏和-5伏電源，信號處理電路與外部通信，信號處理電路給發(fā)送電路提供調(diào)制后的發(fā)送信號，發(fā)送電路將調(diào)制后的發(fā)送信號送給磁電耦合環(huán)發(fā)送，磁電耦合環(huán)將感應(yīng)信號送給接收電路，經(jīng)過接收電路處理后進(jìn)入信號處理電路，信號處理電路將最終解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信息通過RS-232串口接口標(biāo)準(zhǔn)與外部通信。本發(fā)明體積小、成本低、功耗低，具有安全、靈活等特點(diǎn)，使用中不存在漏水的影響，可實(shí)現(xiàn)水下長距離通信。
文檔編號H04B5/02GK102394674SQ20111031432
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者劉敬彪, 楊張義, 章雪挺, 蔡文郁, 陳中江 申請人:杭州鷗信電子科技有限公司