一種海洋數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測技術領域，涉及一種能夠與各種海洋環(huán)境監(jiān)測設備通信的儀器，特別是一種可在深海環(huán)境中使用的數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器。
【背景技術】
[0002]隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，以及國家對海底觀測網(wǎng)建設的需求日益增加，在海洋深處或者是海底鋪設觀測網(wǎng)絡，布設各類型監(jiān)測用傳感器等，這些傳感器或測量設備均需要電能來驅動，單靠電池是不能維持設備長期工作的，因此就要應用一定的傳輸方式將電能傳輸?shù)剿拢绕涫窃谏詈Ｖ羞M行電能傳輸，與此同時，還需各個監(jiān)測點所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息回傳到陸地上。而在海洋中的通訊，由于環(huán)境和通信信道的特殊性，不能使用陸地上傳統(tǒng)的無線電通訊模式?；诖?，就要開發(fā)一種適用于海洋，特別是深海海洋中數(shù)據(jù)和電能信號混合傳輸?shù)耐ㄓ崈x器。
[0003]現(xiàn)階段海洋中使用的通訊手段主要有水聲通訊技術、激光通訊技術、電磁耦合技術、感應耦合傳輸技術，其主要應用在對水下目標進行定位導航和通信，有著低功耗、抗干擾能力強、低功耗等優(yōu)點。但這幾種通訊模式最大的制約是不能進行電能和信號的混合傳輸，尤其是無法傳輸高壓電能，不能長期工作，不適用于帶有大功率設備的場合使用。目前海洋中為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)和電能混合傳輸功能，都是應用鎧裝同軸電纜來完成，其除了能夠承擔上下傳輸數(shù)據(jù)、指令、電能外，還承擔著整個設備的承重。這種單芯鎧裝同軸電纜傳輸操作簡單，易于維護，廣泛應用于深海調查和取樣設備中。
[0004]當前已有的電纜傳輸技術是將傳輸信號與電能混合，通過單芯鎧裝電纜將電能供給水下用電設備，同時將水上控制信號發(fā)送給水下，同時將水下數(shù)據(jù)和相應工作狀態(tài)信息回傳到水上。使用目前的方法進行電能和數(shù)據(jù)混合傳輸時，最大傳輸電壓只有300V、電流4A，再加上傳輸過程中的損耗，實際到達水下只剩不到800W的功率，只能驅動一些類似于照明設備、采水器、溫鹽深傳感器等小功率儀器，而一些大型設備如聲學多普勒學流速剖面儀、海流計等，均需要幾千瓦的能量，這樣已有的傳輸技術就成為深海探測技術發(fā)展的瓶頸，扼制了我們對海洋深處的探索。目前在傳輸電能同時傳輸數(shù)據(jù)，其電能傳輸效率僅能達到75%，數(shù)據(jù)信號準確度千分之一，這樣的效果對于大用電設備、大數(shù)據(jù)量快速通信已經不再適用，因此必須在提高其電能傳輸效率的同時減小傳輸誤碼率。同時，已有技術的傳輸環(huán)節(jié)與電源、采集等環(huán)節(jié)不能獨立，在發(fā)生故障時無法快速判定故障節(jié)點，更換設備時須將整體完全拆除，維修成本過高。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出一種可在深海中傳輸；可混合傳輸高壓電能500V、10A與數(shù)據(jù)指令信號；提高傳輸電能效率至85%以上；降低傳輸數(shù)據(jù)誤碼率至萬分之一以下；實現(xiàn)封裝、獨立、可移植的傳輸；方便安裝更換的海洋用數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調儀器，解決了目前海洋中數(shù)據(jù)與電能混合傳輸發(fā)展中存在的傳輸電壓不高、傳輸電流過小、傳輸電能效率低、傳輸數(shù)據(jù)可靠性不高、傳輸環(huán)節(jié)獨立性差、移植能力和集成度低等問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種海洋數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器，包括電源單元、傳輸單元、控制單元;
[0008]所述電源單元包括電源電路，所述電源單元連接傳輸單元和控制單元，用于為傳輸單元和控制單元提供電能；
[0009]所述傳輸單元包括調制解調電路，用于完成指令和數(shù)據(jù)的調制解調；還包括小型變壓器，用于數(shù)據(jù)與電能信號的隔離與混合；
[0010]所述控制單元包括主控電路，控制傳輸單元的發(fā)送接收狀態(tài)，同時將調制解調的數(shù)據(jù)通過串口與外部系統(tǒng)相連，完成調制解調器與外部系統(tǒng)通信的功能。
[0011]進一步的，所述電源電路包括3.3V、5V、-5V三種，所述三種電源電路都應用LDO電源芯片。
[0012]進一步的，所述調制解調電路包括調制電路與解調電路；所述調制電路的觸發(fā)器、異或門完成調制，功率放大電路完成調制信號的放大，濾波電路濾除調制信號過程中引入的干擾；所述解調電路的帶通濾波、交直流濾波電路濾除調制后的信號在傳輸過程中引入的噪聲，移位寄存器完成信號的解調，最后對解調后的數(shù)據(jù)信號進行放大和濾波，得出完整數(shù)據(jù)信號。
[0013]更進一步的，所述調制解調電路還包括:開關電路完成調制與解調的切換；晶振為主控電路提供時鐘信號；主控電路作為控制核心，完成數(shù)據(jù)收發(fā)轉換、傳輸速率切換，同時為分頻芯片提供時鐘；兩種分頻電路分別為調制電路和解調電路提供時鐘信號。
[0014]更進一步的，所述主控電路控制傳輸單元應用分頻段的方式分別處理高壓直流電和數(shù)據(jù)信號，根據(jù)傳輸速度將0-20KHZ低頻段分配給數(shù)據(jù)和信號的調制解調信號，將35KHz以上高頻段分配給直流電信號，并在高頻分頻段采用低通濾波電路濾除電源紋波，以防止紋波亂碼干擾正常數(shù)據(jù)傳輸，在低頻段采用濾波、放大電路處理正確數(shù)據(jù)信號。
[0015]進一步的，所述小型變壓器分為信號回路繞組和主回路繞組，所述信號回路繞組連接所述調制解調電路的開關電路，所述主回路繞組連接高壓直流電和單芯鎧裝同軸電纜。
[0016]進一步的，所述控制單元還包括校驗、判斷程序，對雜波和亂碼進行軟件濾波。
[0017]優(yōu)選的，整體結構由殼體、傳輸電路板、控制電路板組成；所述傳輸單元和電源單元位于傳輸電路板上，所述控制單元位于控制電路板上，所述殼體設有三個航空插頭，分別與傳輸單元、電源單元、控制單元相連接，作為傳輸高壓電能、低壓電源信號、數(shù)據(jù)指令的接
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[0018]優(yōu)選的，所述傳輸電路板和控制電路板放置于殼體內可抽插的槽中；所述傳輸電路板和控制電路板用接插件對插連接。
[0019]優(yōu)選的，所述殼體分為方便拆裝的上下兩半部分。
[0020]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所述的海洋數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器具有以下優(yōu)勢:
[0021](I)使用易于拆裝的殼體結構和對插的電路板連接方式，將傳輸環(huán)節(jié)獨立于其他部分而存在，更方便故障判斷和維修；
[0022](2)應用效率高達96%的LDO電源芯片完成三種電源電路，每個電源電路的通斷均可由主控單元控制，實現(xiàn)低功耗、高效傳輸電源，三種電源均由外部輸入，各電源獨立，互不干擾；
[0023](3)通過變壓器完成數(shù)據(jù)與電能信號的混合傳輸，這種特殊的小型變壓器和工作模式可實現(xiàn)500V，1A耐壓，85%以上的電能傳輸效率；
[0024](4)傳輸單元在高頻分頻段采用低通濾波電路濾除電源紋波，以防止紋波亂碼干擾正常數(shù)據(jù)傳輸，在低頻段采用濾波、放大等方式處理正確數(shù)據(jù)信號，這種分頻段傳輸?shù)姆绞酱蟠筇岣邆鬏敎蚀_度，使得傳輸誤碼率達到萬分之一；
[0025](5)控制單元加入軟件濾波環(huán)節(jié)后，傳輸誤碼率降低至萬分之一以下。
[0026]綜上所述，通過本發(fā)明數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器的設計，實現(xiàn)了500V高壓電能和數(shù)據(jù)的混合傳輸；提高了電能傳輸?shù)男?；保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕粋鬏敪h(huán)節(jié)可獨立、可封裝、可移植；簡化了維修過程，更方便在深海環(huán)境中實現(xiàn)數(shù)據(jù)與電能混合傳輸。
【附圖說明】
[0027]構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0028]圖1為本發(fā)明的外部整體結構示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明的航插的結構示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的電路結構示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明的三種電源電路示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明的小型變壓器的示意圖；
[0033]圖6為本發(fā)明的小型變壓器與信號回路、主回路接線方式示意圖；、
[0034]圖7為本發(fā)明的控制單元控制傳輸單元接收數(shù)據(jù)并發(fā)送的流程示意圖。
[0035]1-殼體上半部分；2_殼體下半部分；3_傳輸電路板；4_控制電路板；
[0036]5-接插件；6_定位孔；7_兩芯航插；8_三芯航插；9_三芯航插；
[0037]11-水上部分變壓器的信號回路繞組；
[0038]12-水上部分變壓器的主回路繞組；
[0039]13-水下部分變壓器的信號回路繞組；
[0040]14-水下部分變壓器的主回路繞組；
[0041]15-單芯鎧裝同軸電纜的芯線；16_單芯鎧裝同軸電纜的線皮；
[0042]Tl-水上部分變壓器；Τ2_水下部分變壓器。
【具體實施方式】
[0043]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0044]下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0045]本發(fā)明的整體結構由殼體、傳輸電路板、控制電路板以及接插件組成，如圖1、2所示，其中，殼體由可分開的上下兩半部分組成，不僅可以達到很好的屏蔽效果還能方便拆裝；傳輸電路板3和控制電路板4放置于殼體內可抽插的槽中，便于固定和拆裝；兩電路板用長針接插件5對插連接，可自由對接和分開，大大提高電路集成度并方便調試與安裝；殼體側面擋板安裝后，在定位孔6處用螺絲固定，更好的起到了隔離和抗干擾的作用；殼體擋板處安裝有三個航空插頭，分別與傳輸單元、電源單元、控制單元相連接，作為傳輸高壓電能、低壓電源信號、數(shù)據(jù)指令的接口。這種易于拆裝的殼體結構和對插的電路板連接方式，將傳輸環(huán)節(jié)獨立于其他部分而存在，更方便故障判斷和維修。
[0046]本發(fā)明涉及的海洋數(shù)據(jù)與電能混合傳輸通訊用調制解調器的電路部分分列于傳輸電路板、控制電路