水下高速LED光通信技術(shù)研究.pdf

1、由于陸地資源的逐漸匱乏，人們將不再滿足于僅占地球表面積29％的陸地資源，進而轉(zhuǎn)向資源更加豐富的海洋，海洋資源的開采將會是人類首要資源獲取途徑。因為海底的惡劣環(huán)境，水下機器人（ROV）在海底資源勘探上發(fā)揮著不可替代的作用。為了更好地發(fā)揮ROV的作用，ROV群之間的組網(wǎng)技術(shù)必不可少，而在海底組網(wǎng)技術(shù)上分為有線和無線兩種方式，有線組網(wǎng)方式因海底復(fù)雜環(huán)境和其結(jié)構(gòu)的不方便性沒有能像無線組網(wǎng)方式那樣廣泛應(yīng)用。
　　從技術(shù)角度上來說，一些已在陸

2、地上成功的通信技術(shù)，介于海水這種特殊介質(zhì)，并不能直接移植到水下工作。水下的無線通信方式分為水下聲通信，水下電磁波通信和水下光通信。相比于水下無線聲通信、電磁波通信，水下光通信具有體積小、功耗小，尤其是帶寬大速率高的優(yōu)勢。
　　本文主要研究一款水下高速LED光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)是無誤碼率的情況下速率達(dá)到100kbit/s，距離達(dá)到10米。本文從水下光通信的課題背景、研究意義、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢入手，詳細(xì)闡述了本

3、課題的主要研究內(nèi)容。
　　本文主要完成以下幾部分工作：詳細(xì)介紹光在水下的傳輸衰減效應(yīng)、LED編碼調(diào)制技術(shù)、連接訪問協(xié)議，水下LED光通信系統(tǒng)控制及電源模塊選型設(shè)計、光發(fā)送電路設(shè)計、光接收電路設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試。
　　光在水下的傳輸衰減從海水的光學(xué)特性、光在水下傳輸?shù)奈张c散射效應(yīng)以及能量模型的角度來闡述；LED調(diào)制技術(shù)主要闡述了OOK調(diào)制技術(shù)和PPM、PWM調(diào)制技術(shù)。
　　光通信系統(tǒng)控制模塊選用STM32F4

4、07為微控制器，MCP2150為編解碼芯片；電源模塊選用TI芯片設(shè)計出正負(fù)5伏和正3.3伏電源電路。
　　光通信發(fā)送系統(tǒng)模塊從光源的技術(shù)角度出發(fā)，詳細(xì)對比了半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管，并設(shè)計完成了LED的驅(qū)動電路。
　　光通信接收系統(tǒng)模塊著重闡述了光探測器的工作原理和特征參數(shù)，設(shè)計完成了電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、濾波放大電路，并從誤碼率的原理上設(shè)計完成系統(tǒng)判決電路，另設(shè)計完成了接收頭的聚光裝置。
　　光通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計