微功耗單片機(jī)在水聲遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　微功耗單片機(jī)在水聲遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　[摘 要]水聲數(shù)字通信技術(shù)的快速發(fā)展，并開始應(yīng)用于通信、遙測、水下航行器的控制等多個領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，許多新的技術(shù)開始應(yīng)用于水聲遙控系統(tǒng)當(dāng)中，其中就包括微功耗單片機(jī)。文章圍繞水聲遙控系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)合微功耗單片機(jī)的應(yīng)用，對水下通信技術(shù)的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用，并在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　

2、　[關(guān)鍵詞]微功耗單片機(jī)；水聲遙控系統(tǒng)；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號：TP872 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0369-01 </p><p>　　前言：微功耗單片機(jī)在水聲遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠有效提升水下通信的效果，有著良好的水下遙控和遙測功能。隨著科技的發(fā)展，水聲通信技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，其應(yīng)用也變得更加廣泛，從最初的軍事領(lǐng)域再到當(dāng)前的商業(yè)民用

3、領(lǐng)域，水聲通信技術(shù)發(fā)揮著十分重要的作用。微功耗單片機(jī)在水聲通信當(dāng)中的滲透與應(yīng)用，正在深入的研究和探索當(dāng)中，具有十分良好的發(fā)展前景。 </p><p>　　1 水聲通信的特點 </p><p>　　水聲通信的通信帶寬有限，不適合高頻聲波的傳播，衰減十分明顯，因此對于載波頻率有所限制。一般情況下，水聲通信采用的為低頻聲波，一般保持在10～100kHz左右。水聲信道在經(jīng)過一段時間后會轉(zhuǎn)變?yōu)橄喔啥?/p>

4、途信道，其結(jié)構(gòu)變得更加簡化，此時會產(chǎn)生多途效應(yīng)，這與水下環(huán)境以及碼元頻率有著密切的聯(lián)系，給水聲通信造成了一定的阻礙。在水聲遙控系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，水聲信道的時變、空變以及隨機(jī)性是需要重點考慮的內(nèi)容，把握通信的方向性進(jìn)而提升水聲通信的可靠性。另外，起伏效應(yīng)、多卜勒效應(yīng)以及環(huán)境噪聲都是影響水聲通信技術(shù)的重要因素，在水聲遙控系統(tǒng)的研究與設(shè)計當(dāng)中，需要重點加以考慮，保證水聲通信的可靠性。當(dāng)前，移頻編碼解碼是應(yīng)用于水聲遙控系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，對提升水聲通

5、信質(zhì)量有著積極的作用[1]。 </p><p><b>　　2 移頻編碼解碼 </b></p><p><b>　　2.1 方案設(shè)計 </b></p><p>　　根據(jù)水聲通信的特點，結(jié)合緩慢變化的相干多途信道以及諸多影響因素，制定科學(xué)、合理的設(shè)計方案，進(jìn)行水聲信道的編碼設(shè)計。在信道編碼的過程中，需要從保證水聲通信的質(zhì)量著

6、手，盡量排除多途干擾問題。一般情況下，為了避免多途干擾問題，需要保證相鄰碼元之間存在等待時間間隔，在數(shù)據(jù)碼元的多途干擾完全消失之后，再進(jìn)行接下來的數(shù)據(jù)碼元解碼，該方法對改善多途干擾問題有著重要的影響，但是在該過程中，不可避免的會出現(xiàn)傳輸速率損失的現(xiàn)象。另外一種方法是碼內(nèi)干擾的均衡，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?，可以采取跳頻編碼的辦法。 </p><p>　　根據(jù)水聲信道的時變、空變以及隨機(jī)性，對信道進(jìn)行檢測和標(biāo)校，根據(jù)信道的

7、變化予以匹配。設(shè)定相關(guān)函數(shù)，進(jìn)行MFSK編碼，并根據(jù)編碼程序進(jìn)行傳輸比特率的計算，根據(jù)編碼所得到的多途擴(kuò)展長度，進(jìn)而確定約束，一般要大于多途擴(kuò)展長度。根據(jù)通信頻率和處理帶寬，進(jìn)而確定調(diào)制脈寬。傳輸速率、通信帶寬、多途擴(kuò)展長度以及信道子通帶平均寬度都是編碼方案設(shè)計當(dāng)中需要重點考慮的內(nèi)容。通過碼元間隔、多途擴(kuò)展長度以及信道編碼波形，得到通信速率表達(dá)式。計算得出MFSK編碼的最大通信速率，為了保證水聲通信的準(zhǔn)確性，通信速率一般不能超過最大通信

8、速率。 </p><p><b>　　2.2 解碼原理 </b></p><p>　　相間為BHz的頻點組成各個碼元，通過窄帶梳狀濾波器進(jìn)行頻點的波形分離，并根據(jù)編碼頻段，進(jìn)行濾波器的中心頻率的循環(huán)調(diào)諧，最終完全譯出碼元。通過解碼自適應(yīng)濾波器，獲得相關(guān)參數(shù)，其中最重要的是濾波結(jié)果和響應(yīng)時間，這是影響水聲通信的重要因素，通信頻點的間隔和碼元的寬度取值十分關(guān)鍵，為了盡量縮

9、短響應(yīng)時間，應(yīng)該取最小值。根據(jù)濾波結(jié)果進(jìn)行深入的分析和研究，為移頻編碼解碼提供重要的參考。 </p><p>　　2.3 同步技術(shù)的應(yīng)用 </p><p>　　在水聲遙控系統(tǒng)系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行編碼設(shè)計，根據(jù)方案設(shè)計和解碼原理，通過自適應(yīng)門限的實時獲取和信道標(biāo)校、判決邏輯以及解碼仿真等過程，雖然在通信速率的提升方面并不十分顯著，但是適用于水聲通信當(dāng)中，在水聲遙控系統(tǒng)當(dāng)發(fā)揮著重要的作用。在此基礎(chǔ)上，

10、采用多種技術(shù)方法進(jìn)行同步信號的檢測，相關(guān)運算、能量檢測都是行之有效的辦法，有著各自的優(yōu)勢和缺陷，具體情況下具體應(yīng)用，進(jìn)行同步信號的有效檢測，保證其精度。脈沖寬度、同步碼的選擇都是相當(dāng)關(guān)鍵的。隨著微功耗單片機(jī)的應(yīng)用，移頻編碼解碼同步技術(shù)也有著長足的發(fā)展和進(jìn)步[2]。 </p><p>　　3 微功耗單片機(jī)在水聲遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1 微功耗單片機(jī)的功能及類型 <

11、/p><p>　　功耗單片機(jī)具有低能耗、功能完善以及處理能力強(qiáng)的特點，在水聲遙控系統(tǒng)中得以有效的應(yīng)用。其中MSP430X16X微功耗單片機(jī)是最先進(jìn)的單片機(jī)設(shè)備。MSP430X16X微功耗單片機(jī)有著超低的能耗，并應(yīng)用多種節(jié)電方式，串行在系統(tǒng)編程，并采取安全熔絲的程序代碼保護(hù)方式，進(jìn)而保證在水聲遙控系統(tǒng)當(dāng)中安全穩(wěn)定的運行。根據(jù)微功耗單片機(jī)在水聲遙控系統(tǒng)中的應(yīng)用，從發(fā)射和接收兩個角度分別進(jìn)行軟件設(shè)計，以完善水聲遙控系統(tǒng)的功

12、能，以保證水聲通信的質(zhì)量。 </p><p>　　3.2 發(fā)射部分的設(shè)計 </p><p>　　水聲通信是逐“幀”進(jìn)行信息輸送，為了保證信息數(shù)據(jù)的傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，對于以“幀”為單位的信息數(shù)據(jù)的起點，進(jìn)而確定每一幀數(shù)據(jù)當(dāng)中的信息。在一定的時間間隔內(nèi)，明確幀同步信號、標(biāo)校碼以及信息碼，進(jìn)行檢測和采樣定時。了解信道參數(shù)的變化情況，并獲得信道實時變化的門限，進(jìn)而在水聲遙控系統(tǒng)發(fā)射部分的設(shè)計當(dāng)中進(jìn)行適

13、應(yīng)性調(diào)整和改進(jìn)。基于微功耗單片機(jī)的水聲遙控系統(tǒng)當(dāng)中，TMS320C5416的功能是來完成數(shù)據(jù)發(fā)射，并由DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)空間儲存。一般來說，水聲遙測系統(tǒng)所發(fā)射的數(shù)據(jù)信號為一個周期的正弦信號，并儲存到DSP當(dāng)中。提升采樣率，并采用相應(yīng)的補(bǔ)償變換，最終獲得相應(yīng)的信號頻率。采用循環(huán)尋址的方式進(jìn)行信號抽取，并通過相應(yīng)的緩沖串口予以送出。由于不連續(xù)發(fā)射的碼元，在碼元之間會產(chǎn)生空隙，以避免多途效應(yīng)的影響，保證水聲遙控系統(tǒng)信號發(fā)射的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，微功耗單片

14、機(jī)在其中發(fā)揮著重要的作用。 </p><p>　　3.3 接收部分的設(shè)計 </p><p>　　基于微功耗單片機(jī)的水聲遙控系統(tǒng)當(dāng)中，MSP430F1611的功能是來完成數(shù)據(jù)接收，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀信號進(jìn)行能量運算。準(zhǔn)確的判斷同步碼的位置，并依次接收標(biāo)校碼以及信息碼，期間存在一定的延遲。當(dāng)碼元接收和存放完畢之后進(jìn)行譯碼，根據(jù)得到的信息碼元頻率，結(jié)合再譯出的指令，進(jìn)而獲得完整的遙控指令。在實際應(yīng)用當(dāng)

15、中，可以采用兩個微功耗單片機(jī)進(jìn)行處理，分別判別同步碼元和進(jìn)行噪聲能量的計算，以更好的適應(yīng)信道的變化。充分發(fā)揮了微功耗單片機(jī)的重要功能，保證水聲遙控系統(tǒng)接收功能的完善[3]。 </p><p>　　結(jié)論：水聲通信與地面通信有著十分顯著的區(qū)別，由于水下無線電波的傳輸?shù)倪^程中受到許多阻礙，進(jìn)而采用水聲通信的方式，提升水下通信的質(zhì)量。結(jié)合微功耗單片機(jī)的應(yīng)用，發(fā)揮其強(qiáng)大的功能，經(jīng)過科學(xué)、合理的設(shè)計，促進(jìn)了水聲遙控系統(tǒng)的發(fā)展

16、，對水下通信的發(fā)展有著重要的意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 黃博.微功耗水聲遙控系統(tǒng)解碼技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2010. </p><p>　　[2] 郝雯.基于MSP430F169的水聲遙控發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子設(shè)計工程，2014，05：141-143+146. </p