一种海洋数据与电能混合传输通讯用调制解调器制造技术

本发明专利技术提供了一种海洋数据与电能混合传输通讯用调制解调器，包括电源单元、传输单元、控制单元；所述电源单元连接传输单元和控制单元，用于为传输单元和控制单元提供电能；所述传输单元用于完成指令和数据的调制解调和数据与电能信号的隔离与混合；所述控制单元控制传输单元的发送接收状态和调制解调器与外部系统通信的功能。本发明专利技术可在深海中混合传输高压电能500V、10A与数据指令信号；提高传输电能效率至85％以上；降低传输数据误码率至万分之一以下；实现封装、独立、可移植的传输；方便安装更换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海洋环境监测
，涉及一种能够与各种海洋环境监测设备通信的仪器，特别是一种可在深海环境中使用的数据与电能混合传输通讯用调制解调器。
技术介绍
随着海洋事业的不断发展，以及国家对海底观测网建设的需求日益增加，在海洋深处或者是海底铺设观测网络，布设各类型监测用传感器等，这些传感器或测量设备均需要电能来驱动，单靠电池是不能维持设备长期工作的，因此就要应用一定的传输方式将电能传输到水下，尤其是在深海中进行电能传输，与此同时，还需各个监测点所监测到的数据信息回传到陆地上。而在海洋中的通讯，由于环境和通信信道的特殊性，不能使用陆地上传统的无线电通讯模式。基于此，就要开发一种适用于海洋，特别是深海海洋中数据和电能信号混合传输的通讯仪器。现阶段海洋中使用的通讯手段主要有水声通讯技术、激光通讯技术、电磁耦合技术、感应耦合传输技术，其主要应用在对水下目标进行定位导航和通信，有着低功耗、抗干扰能力强、低功耗等优点。但这几种通讯模式最大的制约是不能进行电能和信号的混合传输，尤其是无法传输高压电能，不能长期工作，不适用于带有大功率设备的场合使用。目前海洋中为了实现数据和电能混合传输功能，都是应用铠装同轴电缆来完成，其除了能够承担上下传输数据、指令、电能外，还承担着整个设备的承重。这种单芯铠装同轴电缆传输操作简单，易于维护，广泛应用于深海调查和取样设备中。当前已有的电缆传输技术是将传输信号与电能混合，通过单芯铠装电缆将电能供给水下用电设备，同时将水上控制信号发送给水下，同时将水下数据和相应工作状态信息回传到水上。使用目前的方法进行电能和数据混合传输时，最大传输电压只有300V、电流4A，再加上传输过程中的损耗，实际到达水下只剩不到800W的功率，只能驱动一些类似于照明设备、采水器、温盐深传感器等小功率仪器，而一些大型设备如声学多普勒学流速剖面仪、海流计等，均需要几千瓦的能量，这样已有的传输技术就成为深海探测技术发展的瓶颈，扼制了我们对海洋深处的探索。目前在传输电能同时传输数据，其电能传输效率仅能达到75%，数据信号准确度千分之一，这样的效果对于大用电设备、大数据量快速通信已经不再适用，因此必须在提高其电能传输效率的同时减小传输误码率。同时，已有技术的传输环节与电源、采集等环节不能独立，在发生故障时无法快速判定故障节点，更换设备时须将整体完全拆除，维修成本过高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种可在深海中传输；可混合传输高压电能500V、10A与数据指令信号；提高传输电能效率至85%以上；降低传输数据误码率至万分之一以下；实现封装、独立、可移植的传输；方便安装更换的海洋用数据与电能混合传输通讯用调制解调仪器，解决了目前海洋中数据与电能混合传输发展中存在的传输电压不高、传输电流过小、传输电能效率低、传输数据可靠性不高、传输环节独立性差、移植能力和集成度低等问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的:—种海洋数据与电能混合传输通讯用调制解调器，包括电源单元、传输单元、控制单元;所述电源单元包括电源电路，所述电源单元连接传输单元和控制单元，用于为传输单元和控制单元提供电能；所述传输单元包括调制解调电路，用于完成指令和数据的调制解调；还包括小型变压器，用于数据与电能信号的隔离与混合；所述控制单元包括主控电路，控制传输单元的发送接收状态，同时将调制解调的数据通过串口与外部系统相连，完成调制解调器与外部系统通信的功能。进一步的，所述电源电路包括3.3V、5V、-5V三种，所述三种电源电路都应用LDO电源芯片。进一步的，所述调制解调电路包括调制电路与解调电路；所述调制电路的触发器、异或门完成调制，功率放大电路完成调制信号的放大，滤波电路滤除调制信号过程中引入的干扰；所述解调电路的带通滤波、交直流滤波电路滤除调制后的信号在传输过程中引入的噪声，移位寄存器完成信号的解调，最后对解调后的数据信号进行放大和滤波，得出完整数据信号。更进一步的，所述调制解调电路还包括:开关电路完成调制与解调的切换；晶振为主控电路提供时钟信号；主控电路作为控制核心，完成数据收发转换、传输速率切换，同时为分频芯片提供时钟；两种分频电路分别为调制电路和解调电路提供时钟信号。更进一步的，所述主控电路控制传输单元应用分频段的方式分别处理高压直流电和数据信号，根据传输速度将0-20KHZ低频段分配给数据和信号的调制解调信号，将35KHz以上高频段分配给直流电信号，并在高频分频段采用低通滤波电路滤除电源纹波，以防止纹波乱码干扰正常数据传输，在低频段采用滤波、放大电路处理正确数据信号。进一步的，所述小型变压器分为信号回路绕组和主回路绕组，所述信号回路绕组连接所述调制解调电路的开关电路，所述主回路绕组连接高压直流电和单芯铠装同轴电缆。进一步的，所述控制单元还包括校验、判断程序，对杂波和乱码进行软件滤波。优选的，整体结构由壳体、传输电路板、控制电路板组成；所述传输单元和电源单元位于传输电路板上，所述控制单元位于控制电路板上，所述壳体设有三个航空插头，分别与传输单元、电源单元、控制单元相连接，作为传输高压电能、低压电源信号、数据指令的接□ O优选的，所述传输电路板和控制电路板放置于壳体内可抽插的槽中；所述传输电路板和控制电路板用接插件对插连接。优选的，所述壳体分为方便拆装的上下两半部分。相对于现有技术，本专利技术所述的海洋数据与电能混合传输通讯用调制解调器具有以下优势:(I)使用易于拆装的壳体结构和对插的电路板连接方式，将传输环节独立于其他部分而存在，更方便故障判断和维修；(2)应用效率高达96%的LDO电源芯片完成三种电源电路，每个电源电路的通断均可由主控单元控制，实现低功耗、高效传输电源，三种电源均由外部输入，各电源独立，互不干扰；(3)通过变压器完成数据与电能信号的混合传输，这种特殊的小型变压器和工作模式可实现500V，1A耐压，85%以上的电能传输效率；(4)传输单元在高频分频段采用低通滤波电路滤除电源纹波，以防止纹波乱码干扰正常数据传输，在低频段采用滤波、放大等方式处理正确数据信号，这种分频段传输的方式大大提高传输准确度，使得传输误码率达到万分之一；(5)控制单元加入软件滤波环节后，传输误码率降低至万分之一以下。综上所述，通过本专利技术数据与电能混合传输通讯用调制解调器的设计，实现了500V高压电能和数据的混合传输；提高了电能传输的效率；保证了数据传输的可靠性；传输环节可独立、可封装、可移植；简化了维修过程，更方便在深海环境中实现数据与电能混合传输。【附图说明】构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1为本专利技术的外部整体结构示意图；图2为本专利技术的航插的结构示意图；图3为本专利技术的电路结构示意图；图4为本专利技术的三种电源电路示意图；图5为本专利技术的小型变压器的示意图；图6为本专利技术的小型变压器与信号回路、主回路接线方式示意图；、图7为本专利技术的控制单元控制传输单元接收数据并发送的流程示意图。1-壳体上半部分；2_壳体下半部分；3_传输电路板；4_控制电路板；5-接插件；6_定位孔；7_两芯航插；8_三芯航插；9_三芯航插；11-水上部分变压器的信号回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋数据与电能混合传输通讯用调制解调器，其特征在于：包括电源单元、传输单元、控制单元；所述电源单元包括电源电路，所述电源单元连接传输单元和控制单元，用于为传输单元和控制单元提供电能；所述传输单元包括调制解调电路，用于完成指令和数据的调制解调；还包括小型变压器，用于数据与电能信号的隔离与混合；所述控制单元包括主控电路，控制传输单元的发送接收状态，同时将调制解调的数据通过串口与外部系统相连，完成调制解调器与外部系统通信的功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张孝薇，邓云，李红志，梁津津，姜飞，廖和琴，高坤，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津;12