小型水域水下監(jiān)測(cè)通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn).pdf

1、隨著人們對(duì)水環(huán)境的日益重視，以及水資源稀缺、水污染等影響人類生活的現(xiàn)象日漸頻繁，建立起對(duì)水環(huán)境足夠的監(jiān)管力度成為了我國(guó)乃至世界上許多國(guó)家的政府迫在眉睫的任務(wù)。對(duì)于小型水域（江河湖），我們需要傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)其溫度、化學(xué)成分、pH值等等各類參數(shù)，這些節(jié)點(diǎn)一般是被安裝在水中需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。于是，開發(fā)一種低成本的、高效的、低功耗的適用于此類小型水域的水下監(jiān)測(cè)平臺(tái)則具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文在此背景上研發(fā)了一種具有水下監(jiān)測(cè)功能的平臺(tái)，通

2、過(guò)在水中安放監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)小型水域的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)的過(guò)程包括通信硬件電路的設(shè)計(jì)、通信調(diào)制解調(diào)模式的選擇及程序編寫、通信協(xié)議的編寫以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和開放性湖水中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
　　在總結(jié)了各類通信方法的情況下，本文選擇了水下聲通信作為通信的載體。而由于水下聲信道本身具有的多徑效應(yīng)、多普勒效應(yīng)和時(shí)空畸變等特性，傳統(tǒng)的通信編碼方式往往需要高性能高主頻的主控芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文創(chuàng)新性地引入線性調(diào)制編碼(Chirp FSK)的方法，并將其通信程序

3、編寫在低功耗的MCU芯片中，在保證通信正確率和速率的情況下，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的低功耗運(yùn)行。
　　為了保證通信的可靠性，本文單獨(dú)設(shè)計(jì)了用于激發(fā)和接收聲波信號(hào)的電路，采用了RFID式的喚醒模式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的超低功耗運(yùn)行。發(fā)射電路方面，本文對(duì)比了多種功放電路，設(shè)計(jì)了最為有效但節(jié)能的放大電路;接收電路方面，本文結(jié)合了生物電微弱信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)方法和射頻電路中的威爾金森功分器電路原理，設(shè)計(jì)了高可靠性的濾波放大電路，保證了通信的正確率。并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)