一种微型无线水声通信节点电路制造技术

本发明专利技术涉及一种微型无线水声通信节点电路。本发明专利技术的水声通信节点电路有两种工作模式：发射模式和接收模式。两种模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路。本发明专利技术的无线水声通信节点电路具有体积小、成本低、功耗低等特点，将其应用于海洋环境观测传感器网络中，不仅可以降低整个水声传感器网络的建设经费，还可以延长其持续工作的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种微型无线水声通信节点电路
本专利技术属于海洋环境监测
，具体涉及一种微型无线水声通信节点电路，可广泛应用于海洋环境监测水声传感器网络中。
技术介绍
进入21世纪以来，因为陆地资源的不断枯竭，人类加快了对于海洋世界开发的脚步，全世界对于海洋资源的需求日益强烈。在海洋环境的地质勘探中，水下通信技术是其中的关键技术。由于电磁波信号在水中会有非常严重的衰减，光波在水下的传输路径几乎是一条直线导致其方向难以校对，而声波在水中的衰减系数较小，约为10-4dB/m到10-2dB/m，并且传输方向容易校对，因此对于水下信息传输来说，声波是非常合适的传输介质，因此目前水下通信基本上以水声通信技术为主。目前国内外研制了一些用于海洋环境监测的水声传感器电路，具有非常强大的信号处理能力，一些较为成熟的电路已经产品化商用化，但是目前水声通信节点普遍体积较大、造价昂贵、功耗较高，使用成本非常高，而且其高功耗特性也使系统的连续工作周期较短。国外销售的水声通信电路技术保密，价格往往超过10万元，如果想要部署大规模的水声传感器网络，代价非常巨大。为了降低无线水声传感器网络的整体成本，保证其能长时间可靠地进行水下信息收集和传递，体积小、成本低、功耗低的水声通信节点电路研制显得十分重要。目前海洋环境监测水声传感器网络的需求日益增长，水声传感器网络中具有大量的水声通信节点电路，因此要求水声通信节点电路价格较低、体积较小、功耗较低。本专利技术提供了一种微型无线水声通信节点电路，用单片机电路和信号处理电路实现了数据采集、编码、调制与传输，可作为大规模水声传感器网络中的节点电路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微型无线水声通信节点电路的设计方案，该节点电路能克服传统水声传感器节点体积大、高成本、高功耗等缺点。本专利技术的水声通信节点电路有两种工作模式：发射模式和接收模式。两种模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路。所述的电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12。接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连。电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND。电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连。电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连。电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连。电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连。电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND。电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND。电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连。所述的主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11。电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出。主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连。电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND。电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND。主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND。下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连。下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连。下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND。主控芯片U6的89脚和电阻R9的一端接输入电压VCC3V，电阻R9的另一端和主控芯片U6的87脚相连。电容C20的一端和主控芯片U6的86脚相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的3脚和主控芯片U6的84脚相连，有源晶振Y2的4脚、电容C20的一端和输入电压VCC3V相连，电容C20的另一端接地DGND。有源晶振Y2的1脚、主控芯片U6的83脚、76脚、电容C21的一端都接地DGND，电容C21的另一端和主控芯片U6的81脚相连。主控芯片U6的64脚、电容C22的一端都接输入电压VCC3V，电容C22的另一端、主控芯片U6的63脚都接地D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型无线水声通信节点电路，存在两者工作模式，分别为发射模式和接收模式；两种工作模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路；所述的电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12；接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连；电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND；电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连；电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连；电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连；电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连；电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND；电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND；电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连；所述的主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11；电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出；主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连；电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND；电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND；主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND；下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连；下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连；下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND；主控芯片U6的89脚和电阻R...

【技术特征摘要】
1.一种微型无线水声通信节点电路，存在两者工作模式，分别为发射模式和接收模式；两种工作模式共同包含的电路有：电源电路、主控电路、工作模式切换电路、水声换能器接口电路、对外串行接口电路；仅在发送模式包含的电路有：信号调制电路、信号驱动电路、信号功率放大电路；仅在接收模式中包含的电路有：信号可控增益放大电路、信号带通滤波电路、信号解调电路；所述的电源电路包括电源转换芯片U1、U2、U3、U4、U5，保险丝F1，接插件X1，电感L1、L2，发光二极管D1、D2、D3，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12；接插件X1的1脚和2脚均与保险丝F1的一端相连，保险丝F1的另一端、电源转换芯片U1的2脚、电容C2的一端与输入电压VCC_24V相连，电容C2的另一端、电源转换芯片U1的1脚、接插件X1的3脚、4脚与地DGND相连，电容C4的正极、电源转换芯片U1的6脚、电阻R3的一端、电源转换芯片U2的1脚与电源转换芯片U2的2脚相连，作为5V电源输出，电容C4的负极、电源转换芯片U1的7脚、电容C3的负极与地DGND相连，电容C3的正极和电源转换芯片U1的8脚相连，电阻R3的另一端和发光二极管D1的正极相连，发光二极管D1的负极、电源转换芯片U2的3脚和地DGND相连；电容C1的一端与电源转换芯片U2的4脚相连，作为VCC3V电源输出，电容C1的另一端接地DGND；电容C5的一端、电源转换芯片U2的6脚与地DGND相连，电容C5的另一端和电源转换芯片U2的5脚相连；电阻R1的一端和地DNGD相连，电阻R1的另一端、电阻R2的一端和地AGND相连，电阻R2的另一端和地GND相连；电容C6的一端、电源转换芯片U3的1脚和输入电压+24V相连，电容C6的另一端、电源转换芯片U3的2脚、电容C7的一端和地GND相连，电容C7的另一端、电源转换芯片U3的3脚与电阻R4的一端相连，作为VCC_12V电源输出，电阻R9的另一端和发光二极管D2的正极相连，发光二极管D2的负极和地GND相连；电容C9的一端、电源转换芯片U4的1脚和输入电压+24VA相连，电容C9的另一端、电源转换芯片U4的2脚、电容C10的一端和地AGND相连，电容C10的另一端、电源转换芯片U4的3脚与电阻R5的一端相连，作为12V电源输出，电阻R5的另一端和发光二极管D3的正极相连，发光二极管D3的负极和地AGND相连；电容C8的一端、电源转换芯片U5的2脚和输入电压+24VA相连，电容C8的另一端、电源转换芯片U5的1脚和地AGND相连，电感L1的一端和电源转换芯片U5的8脚相连，电感L1的另一端和电容C11的负极相连，作为N_5VA电源输出，电容C11的正极接地AGND；电感L2的一端和电源转换芯片U5的6脚相连，电感L2的另一端和电容C12的一端相连，作为P_5VA电源输出，电容C12的负极接地AGND；电源转换芯片U5的7脚和地AGND相连；所述的主控电路包括主控芯片U6，无源晶振Y1，有源晶振Y2、Y3，下载调试接口J1，发光二极管D4，电容C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11；电容C13的一端、电容C14的一端、主控芯片U6的10脚、主控芯片U6的12脚和地DGND相连，电容C13的另一端、电容C14的另一端和主控芯片U6的9脚相连，作为VREF+参考电源输出；主控芯片U6的11脚和输入电压VCC3V相连；电容C16的一端、无源晶振Y1的2脚和主控芯片U6的13脚相连，电容C16的另一端、无源晶振Y1的3脚和电容C17的一端都接地DGND，电容C17的另一端、无源晶振Y1的1脚、主控芯片U6的14脚相连，主控芯片U6的12脚、15脚接地DGND；电容C18的一端、主控芯片U6的25脚和输入电压VCC3V相连，电容C18的另一端和主控芯片U6的26脚接地DGND，主控芯片U6的29脚接地DGND；主控芯片U6的34脚、42脚和有源晶振Y3的3脚相连，有源晶振Y3的4脚、电容C15的一端和输入电压VCC3V相连，电容C15的另一端和有源晶振Y3的2脚都接地DGND；下载调试接口J1的2脚和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端和电阻R7的一端接输入电压VCC3V，电阻R7的另一端和下载调试接口J1的4脚相连；下载调试接口J1的8脚与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与主控芯片U6的91脚相连；下载调试接口J1的9脚接地DGND，下载调试接口J1的11脚和电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端、电容C19的一端和输入电压VCC3V相连，电容C19的另一端、主控芯片U6的90脚都接地DGND；主控芯片U6的89脚和电阻R9的一端接输入电压VCC3V，电阻R9的另一端和主控芯片U6的87脚相连；电容C20的一端和主控芯片U6的86脚相连，电容C20的另一端接地DGND；有源晶振Y2的3脚和主控芯片U6的84脚相连，有源晶振Y2的4脚、电容C20的一端和输入电压VCC3V相连，电容C20的另一端接地DGND；有源晶振Y2的1脚、主控芯片U6的83脚、76脚、电容C21的一端都接地DGND，电容C21的另一端和主控芯片U6的81脚相连；主控芯片U6的64脚、电容C22的一端都接输入电压VCC3V，电容C22的另一端、主控芯片U6的63脚都接地DGND；电阻R11的一端和输入电压VCC3V相连，电阻R11的另一端和发光二极管D4的正极相连，发光二极管D4的负极和主控芯片U6的57脚相连；所述的工作模式切换电路包括继电器开关K1、K2，二极管D5、D6，三极管Q1、Q2、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，电容C23、C24；电容C23的一端、电阻R15的一端都接输入电压5V，电容C23的另一端接地DGND，电阻R15的另一端、二极管D5的阴极、继电器开关K1的1脚相连，继电器开关K1的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K1的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K1的2脚、二极管D5的阳极、三极管Q1的2脚相连，三极管Q1的1脚、电阻R13的一端、电阻R12的一端相连，三极管Q1的3脚、电阻R13的另一端和地DGND相连，电阻R12的另一端和主控芯片U6的43脚相连；电容C24的一端、电阻R16的一端都接输入电压5V，电容C24的另一端接地DGND，电阻R16的另一端、二极管D6的阴极、继电器开关K2的1脚相连，继电器开关K2的5脚、6脚接输入电压VCC_24V，继电器开关K2的7脚、8脚接输入电压+24V，继电器开关K2的2脚、二极管D6的阳极、三极管Q2的2脚相连，三极管Q2的1脚、电阻R17的一端、电阻R14的一端相连，三极管Q2的3脚、电阻R17的另一端和地DGND相连，电阻R14的另一端和主控芯片U6的44脚相连；所述的信号调制电路包括调制芯片U7，电阻R18、R19、R20，滑动变阻器R21、R22、R23，电容C25、C26、C27、C28；调制芯片U7的1脚接地GND，调制芯片U7的2脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接FSK_OUT；调制芯片U7的3脚和滑动变阻器R21的一端相连，滑动变阻器R21的另一端、电阻R20的一端、电阻R19的一端、电容C26的正极相连，电阻R20的另一端接输入电压VCC_12V，电容C26的负极、电阻R19的另一端都接地GND；调制芯片U7的4脚接输入电压VCC_12V，调制芯片U7的5脚和电容C27的一端相连，电容C27的另一端和调制芯片U7的6脚相连；调制芯片U7的7脚和滑动变阻器R22的一端相连，滑动变阻器R22的另一端、滑动变阻器R23的一端相连并接地GND，滑动变阻器R23的另一端和调制芯片U7的8脚相连；调制芯片U7的9脚和主控芯片U6的37脚相连，调制芯片U7的10脚和电容C28的正极相连，电容C28的负极和调制芯片U7的12脚都接地GND；电阻R18的一端接调制芯片U7的14脚，电阻R18的另一端接调制芯片U7的13脚；所述的信号驱动电路包括全桥驱动芯片U8，正相驱动芯片U9、U10，电阻R24、R25、R26、R27、R28，电容C29、C30、C31、C32、C33、C34；电阻R24的一端接FSK_OUT，电阻R24的另一端和全桥驱动芯片U8的1脚相连，全桥驱动芯片U8的3脚和输入电压5V相连，全桥驱动芯片U8的4脚和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的5脚、电阻R27的一端、主控芯片U6的38脚相连，电阻R27的另一端、全桥驱动芯片U8的8脚、电容C34的一端都接输入电压5V，电容C34的另一端和地DGND相连，全桥驱动芯片U8的6脚和电阻R26的一端相连，电阻R26的另一端和地DGND相连；全桥驱动芯片U8的9脚和地GND相连，全桥驱动芯片U8的16脚、11脚、电容C30的一端都和输入电压VCC_12V相连，电容C30的另一端、全桥驱动芯片U8的14脚和地GND相连；全桥驱动芯片U8的15脚和电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端和正相驱动芯片U9的2脚相连，正相驱动芯片U9的1脚、电容C31的正极和输入电压VCC_12V相连，电容C31的负极和地GND相连，正相驱动芯片U9的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U9的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U9的8脚、电容C29的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C29的另一端和地GND相连；全桥驱动芯片U8的10脚和电阻R28的一端相连，电阻R28的另一端和正相驱动芯片U10的2脚相连，正相驱动芯片U10的1脚、电容C32的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C32的另一端和地GND相连，正相驱动芯片U10的4脚和5脚均接地GND，正相驱动芯片U10的6脚和7脚相连，正相驱动芯片U10的8脚、电容C33的一端和输入电压VCC_12V相连，电容C33的另一端和地GND相连；所述的信号功率放大电路包括MOS管Q3、Q4，二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14，变压器T1，电感L3，电容C35、C36、C37、C38、C39，电阻R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35；电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡文郁，刘晓玲，刘自强，陈源，郑雪晨，胡毕炜，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33