基于ofdm的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端部、接收端部和管狀水信道，發(fā)送端部和接收端部之間通過管狀水信道進(jìn)行通信；發(fā)送端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第一微處理器控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊和超聲換能器；接收端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第二微處理器控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號放大濾波模塊和超聲換能器。本實(shí)用新型中，超聲波攜帶信息在管狀水信道中進(jìn)行信號傳輸，并采用OFDM多載波傳輸技術(shù)對信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的調(diào)制解調(diào)，可以減小管狀水信道多徑干擾、信道衰落特性等帶來的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。
【專利說明】基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]信道是通信系統(tǒng)不可缺少的組成部分之一，在信息傳輸?shù)倪^程中，通信質(zhì)量的好壞，主要取決于所處信道的特性，信道起著非常重要的作用。許多文獻(xiàn)對水聲信道進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水聲信道是一個(gè)非常復(fù)雜的時(shí)變、空變、頻變信道。其主要特征表現(xiàn)為:傳播損失、多徑效應(yīng)、頻散效應(yīng)。它對水聲通信系統(tǒng)的傳播距離、信噪比、信號頻率和系統(tǒng)帶寬等都有很大的影響。管狀水信道作為水聲信道的一種，與以往的水聲信道相比，既有相同點(diǎn)又有不同點(diǎn)。相同點(diǎn)是，管狀水信道也存在著多徑效應(yīng)和傳輸損耗，這些因素極大地限制了信道的容量，影響到管狀水聲通信的質(zhì)量。但不同的是，管狀水信道是一個(gè)封閉的空間，聲波在管道內(nèi)經(jīng)過多次反射和折射使聲能量衰減相對集中在水管限制的狹長波導(dǎo)內(nèi)，這也使同樣強(qiáng)度的聲源可以傳播更遠(yuǎn)的距離。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提出一種基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，超聲波攜帶信息在水管中進(jìn)行信號傳輸，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng),包括發(fā)送端部、接收端部和管狀水信道，發(fā)送端部和接收端部之間通過管狀水信道進(jìn)行通信；發(fā)送端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第一微處理器控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊和超聲換能器；接收端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第二微處理器控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號放大濾波模塊和超聲換能器。
[0006]上述基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)中，串口通信模塊為RS232串口通信模塊。
[0007]上述基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)中，第一微處理器控制模塊、第二微處理器控制模塊均采用TMS320VC5509芯片。
[0008]上述基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)中，超聲換能器采用中心頻率為120kHz的超聲壓電換能器。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0010]本實(shí)用新型的管狀水信道通信系統(tǒng)中，超聲波攜帶信息在管狀水信道中進(jìn)行信號傳輸，并采用OFDM多載波傳輸技術(shù)對信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的調(diào)制解調(diào)，可以減小管狀水信道多徑干擾、信道衰落特性等帶來的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]圖1為本實(shí)用新型中基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0013]結(jié)合圖1所示，基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端部、接收端部和管狀水信道，發(fā)送端部和接收端部之間通過管狀水信道進(jìn)行通信；發(fā)送端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第一微處理器控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊和超聲換能器；接收端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第二微處理器控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號放大濾波模塊和超聲換能器。串口通信模塊采用RS232串口通信模塊。
[0014]在超聲管狀水信道通信系統(tǒng)中采用OFDM技術(shù)，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，可以減小管狀水信道多徑干擾、信道衰落特性等帶來的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。
[0015]優(yōu)選地，第一微處理器控制模塊、第二微處理器控制模塊均采用TMS320VC5509芯片。第一微處理器控制模塊、第二微處理器控制模塊作為整個(gè)超聲管狀水信道通信系統(tǒng)的核心部分，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的接收發(fā)送、調(diào)制解調(diào)和數(shù)據(jù)處理等功能。
[0016]由圖1可知，超聲管狀水信道通信需要發(fā)送端和接收端兩部分來實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)半雙工系統(tǒng)，其發(fā)送端和接收端可以互換。在發(fā)送端，PC機(jī)將要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過RS232接口發(fā)送給第一微處理器控制模塊，第一微處理器控制模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?，主要包括對接收到的?shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換、BPSK調(diào)制、IFFT算法實(shí)現(xiàn)、加入循環(huán)前綴和D/A轉(zhuǎn)換等操作。經(jīng)第一微處理器控制模塊處理過的數(shù)據(jù)信號被輸出到信號調(diào)理電路進(jìn)行功率放大處理，最后，由超聲換能器將數(shù)據(jù)信號發(fā)射到管狀水信道中。由于D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號功率強(qiáng)度還不夠驅(qū)動超聲換能器將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，因此需要將D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出的信號功率進(jìn)行放大，以便能夠驅(qū)動超聲換能器進(jìn)行發(fā)送。
[0017]在接收端，超聲換能器接收到發(fā)送端通過管狀水信道傳輸過來的超聲波調(diào)制信號后，通過能量轉(zhuǎn)換把聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，再由信號調(diào)理電路對其進(jìn)行濾波放大處理后送入第一微處理器控制模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、去除循環(huán)前綴、FFT算法實(shí)現(xiàn)、BPSK同步解調(diào)及并串轉(zhuǎn)換等處理，這些過程是發(fā)送端數(shù)據(jù)處理的逆過程。經(jīng)過這些處理后，發(fā)送端發(fā)送過來的原始數(shù)據(jù)就能得到了恢復(fù)。然后將恢復(fù)后的數(shù)據(jù)通過RS232接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，至此便實(shí)現(xiàn)了兩臺PC機(jī)間通過管狀水信道傳遞信息的功能。超聲信號經(jīng)過管狀水信道傳輸?shù)竭_(dá)接收端時(shí)，由于傳播損耗和噪聲干擾，使得超聲換能器接收到信號相對較小，只有mV級的，不易檢測，因此需要使用信號放大濾波模塊對接收到的小信號進(jìn)行放大和提取。
[0018]超聲換能器又稱超聲探頭，是實(shí)現(xiàn)聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的部件，具有發(fā)射和接收超聲波的功能。超聲波探頭的性能直接影響到發(fā)射的超聲波的特性，影響到超聲波的傳輸和檢測能力。超聲換能器的種類有很多，其中，超聲波壓電換能器以電能同機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，在功率超聲技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。超聲波壓電換能器是利用某些晶體材料具有的壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電聲能量之間的轉(zhuǎn)換的?？紤]到超聲換能器的制作難易程度、尺寸問題及系統(tǒng)的需要，本實(shí)用新型選用中心頻率為120kHz的超聲壓電換能器，該換能器是收發(fā)同體的直探頭，帶寬為4kHz，直徑是2.5cm。
[0019]當(dāng)然，以上說明僅僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本實(shí)用新型并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本實(shí)用新型的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送端部、接收端部和管狀水信道，發(fā)送端部和接收端部之間通過管狀水信道進(jìn)行通信；發(fā)送端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第一微處理器控制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、功率放大模塊和超聲換能器；接收端部，包括PC機(jī)、串口通信模塊、基于DSP的第二微處理器控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號放大濾波模塊和超聲換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，其特征在于，所述串口通信模塊為RS232串口通信模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，其特征在于，所述第一微處理器控制模塊、第二微處理器控制模塊均采用TMS320VC5509芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OFDM的超聲管狀水信道通信系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲換能器采用中心頻率為120kHz的超聲壓電換能器。
【文檔編號】H04L27/26GK203387517SQ201320424040
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】孫紅雨, 郭銀景, 于紅雷, 丁慶安 申請人:青島昶達(dá)電子科技有限公司