水下無(wú)線多點(diǎn)通信系統(tǒng)研究

從圖2可以看出，上位機(jī)控制系統(tǒng)通過主節(jié)點(diǎn)完成對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的控制。系統(tǒng)控制核心為凌陽(yáng)SPCE061A微處理器。它是凌陽(yáng)科技推出的一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。其功耗小，系統(tǒng)處于備用狀態(tài)(睡眠狀態(tài))時(shí)的耗電僅為2μA／3．6 V；內(nèi)置2 KWorldSRAM和32 KWord的FLASH；2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；2個(gè)10位數(shù)／模轉(zhuǎn)換(DAC)輸出通道；2個(gè)16位通用可編程輸入／輸出端口IOA和IOB；豐富的中斷資源：定時(shí)器A／B中斷、時(shí)基中斷、2個(gè)外部中斷以及觸鍵喚醒中斷；7通道1O位電壓模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；通用異步串行輸入／輸出接口UART；可通過鎖相環(huán)PLL振蕩器選擇系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；低電壓復(fù)位功能和低電壓檢測(cè)功能；WatchDog功能等。與其他單片機(jī)相比，SPCE061A是一款資源豐富、功能強(qiáng)大、集成度高的微控制器，采用此款單片機(jī)作為該系統(tǒng)的微控制器具有較高的性價(jià)比。
2．2 軟件工作流程
主節(jié)點(diǎn)初始化后，系統(tǒng)常態(tài)處于等待接收PC機(jī)發(fā)送已準(zhǔn)備好的信息或其他監(jiān)控命令，收到數(shù)據(jù)后調(diào)用發(fā)送程序把收到的信息加上同步頭向相應(yīng)的分節(jié)點(diǎn)發(fā)送。其軟件流程如圖3所示。

在收到PC的信息后，MCU首先將信息存儲(chǔ)，當(dāng)所有的數(shù)據(jù)都接收完以后，將數(shù)據(jù)打包并按跳頻圖案發(fā)送，在經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊的處理之后最后通過換能器將信號(hào)發(fā)送出去。
2．3 節(jié)點(diǎn)電源系統(tǒng)
系統(tǒng)中用到了MCU、運(yùn)算放大器和多種IC電路，因此需要5路穩(wěn)壓電源。電壓幅度的跨度從直流-12～12 V．輸出給各路負(fù)載的電流參差不齊，所以電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定工作起著重要的作用。在這里為了實(shí)現(xiàn)單電源為系統(tǒng)供電，所以要實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能的電路有兩大類，一類是開關(guān)型穩(wěn)壓電路，它利用自激勵(lì)或他激勵(lì)方法產(chǎn)生高頻開關(guān)電流，用非線性儲(chǔ)能元件(如電感)再次轉(zhuǎn)換成直流，這類轉(zhuǎn)換可以分為升壓型的、降壓型的和隔離型的。早先是用分立元件實(shí)現(xiàn)DC／DC電壓轉(zhuǎn)換，目前已經(jīng)有各種性能較好的專用IC來(lái)完成電路的控制和轉(zhuǎn)換功能。另一類是線性穩(wěn)壓電路，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到LDo(LowDrop Outregulator)，LDO是一種低壓差線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用晶體管或FET運(yùn)行在其線性區(qū)域內(nèi)，從輸人電壓中減去超額部分的電壓，其壓差由晶體管的管壓降分擔(dān)，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)后的額定輸出電壓。根據(jù)以上所述要實(shí)現(xiàn)單電源供電不緊需要升降電壓還需要實(shí)現(xiàn)正負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換，如果電源轉(zhuǎn)換全部采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，將得到很高的效率，但也使高頻電磁波的干擾增大。同時(shí)考慮到系統(tǒng)對(duì)電流的要求，在這里采用開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源相混合的結(jié)構(gòu)。其中小電流負(fù)載的轉(zhuǎn)換采用線性穩(wěn)壓和LDO實(shí)現(xiàn)，正負(fù)電壓和大電流負(fù)載的轉(zhuǎn)換采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)。電源系統(tǒng)框圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)管理程序設(shè)計(jì)
PC機(jī)和主節(jié)點(diǎn)之間的通信是通過RS 232串口實(shí)現(xiàn)的，通信波特率9 600 b／s，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口和終端的TTL器件鏈接，必需進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換，采用MAX 232芯片就可以實(shí)現(xiàn)TTL到EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。PC機(jī)主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)主節(jié)點(diǎn)的控制和傳感信息的獲取、顯示。所以主控系統(tǒng)界面應(yīng)當(dāng)包括節(jié)點(diǎn)的控制面板、顯示窗口兩大部分，如圖5所示。
控制面板中給出了要發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)號(hào)的選擇，在輸入節(jié)點(diǎn)號(hào)之后，按下發(fā)送按鈕主控系統(tǒng)就會(huì)通過主節(jié)點(diǎn)向相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。節(jié)點(diǎn)在收到信息后執(zhí)行相應(yīng)的指令并反饋信息給PC。

4 結(jié) 語(yǔ)
這里介紹以高性能16位單片機(jī)為控制核心，采用跳頻通信的方式實(shí)現(xiàn)水下多點(diǎn)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有傳輸數(shù)據(jù)可靠、界面友好、可擴(kuò)展性強(qiáng)。在水池試驗(yàn)中取得了滿意的效果。