專利名稱：一種水聲遙控方法及值更解碼電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水聲遙控方法，以及一種用于接收、處理水聲遙控信號的水聲遙控值更解碼電路，屬于水聲通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水聲遙控是利用聲波對水下設(shè)備進行控制的一種技術(shù)，而通常情況下，大部分水下設(shè)備都是自持式設(shè)備，依賴自身攜帶的電池組提供工作能源，很難支持規(guī)模較大、電路復(fù)雜的遙控信號解碼電路。而在某些應(yīng)用條件下，并不需要實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，只要完成簡單的喚醒指令即可，例如海洋工程領(lǐng)域常用的水聲應(yīng)答器，都可以歸為這一類。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水聲遙控方法，采用適用于水下聲波傳輸?shù)念l率調(diào)制編碼作為水聲遙控信號，實現(xiàn)水聲遙控喚醒功能，對于這類頻率調(diào)制編碼信號設(shè)計的解碼電路規(guī)模不會很大，電路復(fù)雜度不高。本發(fā)明還提供了一種水聲遙控值更解碼電路，用于解碼上述頻率調(diào)制編碼，其解碼電路規(guī)模不會很大，電路復(fù)雜度不高。一種水聲遙控方法，包括:遙控方發(fā)送水聲遙控調(diào)頻信號，該水聲遙控調(diào)頻信號由多個單頻信號采用設(shè)定的排列順序組合而成；水下接收方接收所述水聲遙控調(diào)頻信號，檢測該水聲遙控調(diào)頻信號中包含的各單頻信號大小和排列組合順序，并與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，信號大小和排列組合順序均滿足條件則輸出值更動作信號指令。所述水聲遙控調(diào)頻信號由9000Hz、12000Hz、和15000Hz三個頻段的單頻信號組成。一種水聲遙控值更解碼電路，該解碼電路包括阻抗變換與保護電路、分頻網(wǎng)絡(luò)、t匕較器電路和單片機電路，外圍設(shè)備為換能器；阻抗變換與保護電路對接收到由換能器轉(zhuǎn)換后的水聲遙控調(diào)頻信號進行阻抗變換與限幅處理并且進行初步放大；經(jīng)過放大后的水聲遙控調(diào)頻信號進入分頻網(wǎng)絡(luò)，分頻網(wǎng)絡(luò)采用多通道窄帶模擬濾波器構(gòu)成，將水聲遙控調(diào)頻信號中的各個頻率分量按照接收到的先后順序分離出來，得到多通道的單頻信號；然后進入比較器電路，轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粏纹瑱C識別的離散信號；離散信號按照之前的排列組合順序分別輸入至單片機電路，單片機電路將排列組合順序信息與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，滿足相同順序就輸出值更動作信號指令。所述的阻抗變換與保護電路運算放大器U1、發(fā)光二極管V1、V2、電阻R1、R2、R5和電容 C2、C3、C5 ；電容C5的一端接在換能器的輸出端,另一端接在運算放大器Ul的正輸入端,發(fā)光二極管Vl和V2反相并聯(lián)，且兩者的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地，電阻RlO的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地；電阻Rl的一端接地，另一端串聯(lián)電容C2后接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R5的一端接在電阻Rl和電容C2之間，另一端接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R2的一端接在電阻Rl和電阻R5之間，另一端接在運算放大器Ul的輸出端，電容C3接在運算放大器Ul的輸出端。所述的分頻網(wǎng)絡(luò)包括三個分頻網(wǎng)絡(luò)通道電路分別用于檢測9000Hz、12000Hz和15000Hz三個頻段的信號，每個分頻網(wǎng)絡(luò)通道電路均包括運算放大器U5A、U5B、電阻R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、電容 C22、C23、C24、C25、C26、C27 ；電阻R40的一端連接阻抗變換與保護電路的輸出端，另一端串聯(lián)電容C24接在運算放大器U5A的負輸入端，電阻R42的一端接在電容C24和電阻R40之間，另一端接地，電阻R44的一端接在運算放大器U5A的正輸入端，另一端接地，電容C22的一端接在電阻R40和電容C24之間，另一端接在運算放大器U5A的輸出端，電阻R38的一端接在運算放大器U5A的負輸入端，另一端接在運算放大器U5A的輸出端；電容C25的一端接在運算放大器U5A的輸出端，另一端串聯(lián)電阻R41、電容C26后接在運算放大器U5B的負輸入端，電阻R43的一端接在電阻R41和電容C26之間，另一端接地，電容C23的一端也接在電阻R41和電容C26之間，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電阻R39的一端接在運算放大器U5B的負輸入端，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電容C27接在運算放大器U5B的輸出端。所述的比較器電路包括高速比較器N10、上拉電阻R20、R21、R22，電阻R20、R21、R22分別接入高速比較器NlO的三個輸出端，高速比較器NlO的三個輸出端ZG濾波輸出1、ZG濾波輸出2和ZG濾波輸出3分別連接分頻網(wǎng)絡(luò)的三個通道電路的輸出端。有益效果:(I)本發(fā)明采用頻率調(diào)制編碼作為水聲遙控信號，頻率信號適用于水下聲波傳輸，采用多頻點信號按照特定順序組合的方式，水下接收方必須判定水聲遙控調(diào)頻信號中包含的各單頻信號大小和排列組合順序都滿足要求，才輸出值更動作信號指令，能夠避免絕大多數(shù)水下干擾導(dǎo)致的誤判。(2)本發(fā)明的調(diào)頻信號由9000Hz、12000Hz、和15000Hz三個頻段的單頻信號組成，這樣組成的水聲遙控調(diào)頻信號即能夠在水下穩(wěn)定傳播，減少干擾，而且可以采用較少的頻率識別電路完成對此水聲遙控調(diào)頻信號的分頻。(3)本發(fā)明采用多通道窄帶模擬濾波器構(gòu)成分頻網(wǎng)絡(luò)，采用比較器將多通道單頻信號極性化，在得到水聲遙控信號中的排列組合信息的同時抑制環(huán)境噪聲干擾的影響，單片機對接收到的信號進行比較判斷，滿足預(yù)先設(shè)置的排列組合順序條件的情況下，輸出值更動作信號，喚醒整個水下系統(tǒng)控制來上電工作，即易于實現(xiàn)并能夠減小系統(tǒng)規(guī)模、降低硬件成本；而且該解碼電路主要由模擬濾波器、比較器、單片機等低功耗電路結(jié)構(gòu)組成，使得全系統(tǒng)的功耗得到控制。


圖1為本發(fā)明水聲遙控值更解碼電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明阻抗變換與保護電路的電路圖。圖3為本發(fā)明分頻網(wǎng)絡(luò)通道的電路圖。圖4為本發(fā)明比較器電路的電路圖。
圖5為本發(fā)明單片機電路的結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明單片機電路的原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種水聲遙控方法，其基本思想是:遙控方發(fā)送水聲遙控調(diào)頻信號，該水聲遙控調(diào)頻信號由多個單頻信號采用設(shè)定的排列順序組合而成；水下接收方接收所述水聲遙控調(diào)頻信號，檢測該水聲遙控調(diào)頻信號中包含的各單頻信號大小和排列組合順序，并與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，信號大小和排列組合順序均滿足條件則輸出值更動作信號指令。通過對水下信號較佳傳播頻率的研究可以設(shè)計水聲遙控調(diào)頻信號由9000Hz、12000Hz、和15000Hz三個頻段的單頻信號組成。這樣組成的水聲遙控調(diào)頻信號即能夠在水下穩(wěn)定傳播，減少干擾，而且可以采用較少的頻率識別電路完成對此水聲遙控調(diào)頻信號的分頻。下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明實現(xiàn)上述方案的水下接收方值更解碼電路進行詳細描述。如附圖1所示，本發(fā)明水聲遙控值更解碼電路包括:阻抗變換與保護電路、分頻網(wǎng)絡(luò)、比較器電路和單片機電路，外圍設(shè)備為換能器；其采用多通道窄帶模擬濾波器構(gòu)成分頻網(wǎng)絡(luò)，分頻網(wǎng)絡(luò)將遙控調(diào)頻信號中的各個頻率分量按照接收到的先后順序分離出來，得到多通道的單頻信號；比較器電路將分頻網(wǎng)絡(luò)輸出的多通道單頻信號進行極性化處理，形成可供單片機I/o端口識別的極化信號；單片機通過極化信號的先后順序得到遙控信號各個頻率分量的排列組合信息，當這個排列組合規(guī)律滿`足事先設(shè)定的要求時，輸出判斷結(jié)果完成解碼過程。如附圖2所示，阻抗變換與保護電路具有輸入保護、阻抗匹配和調(diào)整聲換能器輸出靈敏度等功能，包括運算放大器U1、發(fā)光二極管V1、V2、電阻R1、R2、R5和電容C2、C3、C5，運算放大器Ul采用AD820 ；電容C5的一端接在換能器的輸出端,另一端接在運算放大器Ul的正輸入端,發(fā)光二極管Vl和V2反相并聯(lián)，且兩者的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地，電阻RlO的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地；電阻Rl的一端接地，另一端串聯(lián)電容C2后接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R5的一端接在電阻Rl和電容C2之間，另一端接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R2的一端接在電阻Rl和電阻R5之間，另一端接在運算放大器Ul的輸出端；電容C3也接在運算放大器Ul的輸出端；其中，電容C3、C5起到隔離直流信號的作用；發(fā)光二極管Vl和V2反相并聯(lián)當過大幅度信號輸入時，發(fā)光二極管Vl和V2導(dǎo)通，將大幅度信號進行限幅，對后級的運算放大器Ul起到保護作用；電阻R5、電阻R10、電容C2實現(xiàn)阻抗變換的功能，將電路的輸入阻抗固定在I兆歐姆。放大倍數(shù)由限流電阻R1、反饋電阻R2與運算放大器Ul的開環(huán)增益倍數(shù)決定，電阻Rl為lk，電阻R2為IOk ;在放大倍數(shù)遠小于運算放大器Ul開環(huán)增益倍數(shù)時，放大倍數(shù)為
k = i+^=n0m
如附圖3所示，分頻網(wǎng)絡(luò)每一通道的濾波器為兩級級連的多路負反饋型二階濾波器，兩級濾波器的參數(shù)相同，通過兩級級連后，系統(tǒng)具有更窄的通帶帶寬與更快的帶外衰減速度，且分頻網(wǎng)絡(luò)中的三通道濾波器，各個通道只允許調(diào)頻遙控信號中某一頻率的信號通過，例如分頻網(wǎng)絡(luò)通道2，只允許頻率為12000Hz的信號通過，而將9000Hz與15000Hz的信號濾除掉。同樣的，分頻網(wǎng)絡(luò)通道I只允許頻率為9000Hz的信號通過；分頻網(wǎng)絡(luò)通道3只允許15000Hz的信號通過。那么，當調(diào)頻遙控信號進入分頻網(wǎng)絡(luò)中時，由于其中各個頻率分量的信號存在時間上的先后順序，經(jīng)過分頻網(wǎng)絡(luò)的選擇后，在各個通道上以相應(yīng)的順序輸出，這就得到了調(diào)頻遙控信號中時間排列信息。每個分頻網(wǎng)絡(luò)通道電路均包括運算放大器U5A、U5B、電阻R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、電容C22、C23、C24、C25、C26、C27 ;運算放大器U5A和運算放大器U5B均采用TLC2262 ；電阻R40的一端連接阻抗變換與保護電路的電容C3，另一端串聯(lián)電容C24接在運算放大器U5A的負輸入端，電阻R42的一端接在電容C24和電阻R40之間，另一端接地，電阻R44的一端接在運算放大器U5A的正輸入端，另一端接地，電容C22的一端接在電阻R40和電容C24之間，另一端接在運算放大器U5A的輸出端，電阻R38的一端接在運算放大器U5A的負輸入端，另一端接在運算放大器U5A的輸出端；電容C25的一端接在運算放大器U5A的輸出端，另一端串聯(lián)電阻R41、電容C26后接在運算放大器U5B的負輸入端，電阻R43的一端接在電阻R41和電容C26之間，另一端接地，電容C23的一端也接在電阻R41和電容C26之間，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電阻R39的一端接在運算放大器U5B的負輸入端，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電容C27接在運算放大器U5B的輸出端。如附圖4所示，比較器電路完成信號與固定電壓比較的功能，將換能器輸出的連續(xù)信號變成后級單片機可識別的極性化信號；它包括高速比較器N10、上拉電阻R20、R21、R22，高速比較器NlO采用TLC139 ；電阻R20、R21、R22分別接入高速比較器NlO的三個輸出端，作為上拉電阻，起到提高芯片TLC139驅(qū)動能力的作用，高速比較器NlO的三個輸出端ZG濾波輸出1、ZG濾波輸出2和ZG濾波輸出3分別連接分頻網(wǎng)絡(luò)的三個通道電路的輸出端即電容C27 ；當前級分頻網(wǎng)絡(luò)輸出的信號進入高速比較器TLC139的第5、第7、第9管腿時，并與第4、第6、第8管腿的電平進行比較，得到極性化信號，此極性化信號才能夠為單片機電路認知。如附圖5和附圖6所示，單片機電路主要完成數(shù)字信號處理功能，它對比較器極性化處理后的信號讀取、運算和綜合判斷，它包括MSP430F1611單片機芯片、晶體振蕩電路(8MHz、32kHz晶振)XT1、XT2、看門狗電路芯片TPS3823_33、485通訊電路芯片MAX3471和二極管D4 ;看門狗電路芯片TPS7823-33控制單片機MSP430F1611的復(fù)位，485通訊電路芯片MAX3471控制單片機MSP430F1611的外部通信；晶體振蕩電路(8MHz、32kHz晶振)控制單片機MSP430F1611的時鐘主頻；二極管D4起到單向?qū)刂齐娖叫盘柕淖饔谩?85通訊電路的通訊控制端口 1(管腳I)串聯(lián)二極管D4后接在單片機的串行通訊輸入端口(管腳35)，485通訊電路的串口接收端口(管腳2)接在單片機的串行通訊控制端口(管腳37)，485通訊電路的串口發(fā)送端口(管腳3)接在單片機的串行通訊控制端口(管腳36)，485通訊電路的通訊控制端口 2 (管腳4)接在單片機的串行通訊輸出端口(管腳34)；看門狗電路的復(fù)位控制端口(管腳I)接在單片機的編程及在線調(diào)試端口(管腳58)，看門狗電路的復(fù)位輸出端口(管腳4)接在單片機的復(fù)位輸出端口(管腳49)；晶體振蕩電路XTl為8MHz晶振，其輸入端口接在單片機的8MHz晶振輸入端口上，輸出端口接在單片機的8MHz晶振輸出端口上，電容Cl的一端和電容C3的一端分別接在晶體振蕩電路XTl的輸入端口和輸出端口上，兩者的另一端相連，電容C1、C3起到頻率補償作用。遙控信號經(jīng)過前級電路處理為極性化信號后，分為9000Hz \ 12000Hz \ 15000Hz三個頻段的極性化信號，而且按照相應(yīng)的排列順序分別由MSP430F1611的端口 P5.0\P5.1\P5.2等三個端口輸入，單片機電路將接收的三個頻段信號的前后排列關(guān)系與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，若排列組合順序滿足要求，就判斷為喚醒信號，P4.6端口就輸出值更動作信號。工作原理:水聲遙控信號為調(diào)頻信號，自身包含9000HZ\12000HZ\15000HZ三個頻段的信號，并且滿足一定的排列順序。水聲遙控信號通過圖1的阻抗匹配與保護電路后，進行了阻抗變換與限幅處理，并且被初步放大了 11倍；再進入圖2分頻網(wǎng)絡(luò)的三個窄帶濾波器通道，窄帶濾波器將遙控信號分為9000HZ\12000HZ\15000HZ三個頻段的信號，在相對應(yīng)的不同通道輸出端輸出，由于水聲遙控信號是調(diào)頻信號，信號中的各個頻率分量按照一定的排列組合順序排列，進入分頻網(wǎng)絡(luò)后，遙控信號的排列組合信息就在不同的通道輸出端體現(xiàn)了出來；然后進入比較器電路，轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性化信號，即由連續(xù)信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粏纹瑱C識別的離散信號，由于比較器電路是模擬比較器，屬于同步比較器，因此轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性化信號后不會改變調(diào)頻信號的排列組合信息；極性化信號分別由MSP430F1611的端口P5.0\P5.1\P5.2等三個端口輸入，而各個頻率分量的排列組合順序信息是被一直保留的。單片機電路將此列組合順序信息與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，滿足相同順序就輸出值更動作信號指令。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水聲遙控方法，其特征在于，包括: 遙控方發(fā)送水聲遙控調(diào)頻信號，該水聲遙控調(diào)頻信號由多個單頻信號采用設(shè)定的排列順序組合而成； 水下接收方接收所述水聲遙控調(diào)頻信號，檢測該水聲遙控調(diào)頻信號中包含的各單頻信號大小和排列組合順序，并與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，信號大小和排列組合順序均滿足條件則輸出值更動作信號指令。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述水聲遙控調(diào)頻信號由9000Hz、12000Hz、和15000Hz三個頻段的單頻信號組成。
3.一種水聲遙控值更解碼電路，其特征在于，該解碼電路包括阻抗變換與保護電路、分頻網(wǎng)絡(luò)、比較器電路和單片機電路，外圍設(shè)備為換能器； 阻抗變換與保護電路對接收到由換能器轉(zhuǎn)換后的水聲遙控調(diào)頻信號進行阻抗變換與限幅處理并且進行初步放大；經(jīng)過放大后的水聲遙控調(diào)頻信號進入分頻網(wǎng)絡(luò)，分頻網(wǎng)絡(luò)采用多通道窄帶模擬濾波器構(gòu)成，將水聲遙控調(diào)頻信號中的各個頻率分量按照接收到的先后順序分離出來，得到多通道 的單頻信號；然后進入比較器電路，轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粏纹瑱C識別的離散信號；離散信號按照之前的排列組合順序分別輸入至單片機電路，單片機電路將排列組合順序信息與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，滿足相同順序就輸出值更動作信號指令。
4.如權(quán)利要求3所述的一種水聲遙控值更解碼電路，其特征在于，所述的阻抗變換與保護電路運算放大器Ul、發(fā)光二極管V1、V2、電阻Rl、R2、R5和電容C2、C3、C5 ; 電容C5的一端接在換能器的輸出端,另一端接在運算放大器Ul的正輸入端,發(fā)光二極管Vl和V2反相并聯(lián)，且兩者的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地，電阻RlO的一端接在運算放大器Ul的正輸入端，另一端接地；電阻Rl的一端接地，另一端串聯(lián)電容C2后接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R5的一端接在電阻Rl和電容C2之間，另一端接在運算放大器Ul的負輸入端，電阻R2的一端接在電阻Rl和電阻R5之間，另一端接在運算放大器Ul的輸出端，電容C3接在運算放大器Ul的輸出端。
5.如權(quán)利要求3所述的一種水聲遙控值更解碼電路，其特征在于，所述的分頻網(wǎng)絡(luò)包括三個分頻網(wǎng)絡(luò)通道電路分別用于檢測9000Hz、12000Hz和15000Hz三個頻段的信號，每個分頻網(wǎng)絡(luò)通道電路均包括運算放大器U5A、U5B、電阻R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44、R45、電容 C22、C23、C24、C25、C26、C27 ； 電阻R40的一端連接阻抗變換與保護電路的輸出端，另一端串聯(lián)電容C24接在運算放大器U5A的負輸入端，電阻R42的一端接在電容C24和電阻R40之間，另一端接地，電阻R44的一端接在運算放大器U5A的正輸入端，另一端接地，電容C22的一端接在電阻R40和電容C24之間，另一端接在運算放大器U5A的輸出端，電阻R38的一端接在運算放大器U5A的負輸入端，另一端接在運算放大器U5A的輸出端；電容C25的一端接在運算放大器U5A的輸出端，另一端串聯(lián)電阻R41、電容C26后接在運算放大器U5B的負輸入端，電阻R43的一端接在電阻R41和電容C26之間，另一端接地，電容C23的一端也接在電阻R41和電容C26之間，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電阻R39的一端接在運算放大器U5B的負輸入端，另一端接在運算放大器U5B的輸出端，電容C27接在運算放大器U5B的輸出端。
6.如權(quán)利要求3所述的一種水聲遙控值更解碼電路，其特征在于，所述的比較器電路包括高速比較器N10、上拉電阻R20、R21、R22，電阻R20、R2UR22分別接入高速比較器NlO的三個輸出端，高速比較器NlO的三個輸出端ZG濾波輸出1、ZG濾波輸出2和ZG濾波輸出3分別連接分頻網(wǎng)絡(luò)的 三個通道電路的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水聲遙控方法及值更解碼電路，該水聲遙控方法包括遙控方發(fā)送水聲遙控調(diào)頻信號，該水聲遙控調(diào)頻信號由多個單頻信號采用設(shè)定的排列順序組合而成；水下接收方接收所述水聲遙控調(diào)頻信號，檢測該水聲遙控調(diào)頻信號中包含的各單頻信號大小和排列組合順序，并與預(yù)先設(shè)定的條件相比對，信號大小和排列組合順序均滿足條件則輸出值更動作信號指令，且水聲遙控調(diào)頻信號由9000Hz、12000Hz、和15000Hz三個頻段的單頻信號組成；基于所述遙控方法的解碼電路包括阻抗變換與保護電路、分頻網(wǎng)絡(luò)、比較器電路和單片機電路，外圍設(shè)備為換能器；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)水聲遙控喚醒功能，對于這類頻率調(diào)制編碼信號設(shè)計的解碼電路規(guī)模不會很大，電路復(fù)雜度也不高。
文檔編號G08C23/02GK103150885SQ20131003488
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者付繼偉, 呂維樂, 劉來連, 曹振宇, 劉曉東 申請人:中國船舶重工集團公司第七一〇研究所