基于MSP430的低功耗深海应答释放器设计

　　0 引言

　　海洋以其富饶的资源吸引着人们的眼光,随着海洋开发的力度不断加大和科学技术的发展,水声定位技术[1]越来越多的被用于海洋石油勘探、海底测绘、海洋考古、海底光缆铺设和海洋科学研究等领域。水声定位系统一般由水面控制系统、收发换能器和水声应答器组成,水面控制系统位于水面船只上,通过水中的收发换能器与水下的水声应答器通信。水面控制系统测定水声应答器和水面船只的相对位置信息,经定位算法结算后,得到水面船只与应答器的相对位置坐标,进而实现目标定位、导航和跟踪。

　　应答释放器是一个集目标定位与目标释放功能于一体的水下声学系统。国外的机构和公司对水声定位、水声应答器和应答释放器的研究和研制进行的较早,并且产品种类齐全、性能先进,主要有挪威的Kongsberg Simrad公司、法国的OceanoTechnologies公司、美国的Benthos公司、InterOcean Systems公司和Desert Star Systems公司,以及英国的Sonardyne公司等。国内最早进行应答释放器设计的是海洋技术研究所。目前,哈尔滨工程大学做了应答释放器发射机的设计。杭州瑞声海洋仪器有限公司研制了SFQ-1型声学释放器,工作水深1000m,最大释放负载1500kg。西北工业大学在自研的两型超短基线水下二次定位系统的基础上,进行了水下测距及遥控系统的研制工作,其中包含有应答释放器的设计。

　　1 系统组成与技术指标

　　作为一个水下平台,应答释放器要完成基本的水声通信功能和机械结构解脱功能,并兼具很强的耐压和耐海水腐蚀能力。为此,本文采用模块化、接口化的思想进行设计。它分为换能器、由模拟板和数字板组成的电子舱、碱性高能电池组成的电池舱与伺服电机和释放机构组成的机械舱4个部分结构框图如图1所示。

　　系统功能模块框图如图2所示,电子舱完成接收信号的放大调理,并经由低功耗单片机构成的微控制器结算后,做出相应处理,或者发射定位确认信号进行定位,或者发射释放确认信号并给出制动控制信号来控制机械舱执行释放动作。

　　系统的主要技术指标:地面负载容量为2000kg;静态耗流为1mA;工作水深为4000m;具有32个ID。

　　2 系统硬件和结构设计

　　2.1 硬件电路设计

　　接收电路主要由分离元件组成,换能器输入信号经高输入阻抗的低噪声结型场效应管3DJ4构成共源放大器后实现阻抗匹配,带通滤波通过两个LC并联谐振来确定带通频率的上下限。

　　中放电路主要采用差动放大器构成。对于窄带选频电路,使用无源滤波元件)))机械滤波器[2],机械滤波器将输入电能转换成机械能,在输出端再将机械能转化成电能。相对于有源滤波器和普通无源滤波来说,机械滤波器最大的优点就是中心频率稳定度高,频带选择性好, Q值高达100以上。当应用到应答器中,还有一个优点就是滤波器无源工作,对降低功耗有帮助。