基于单片机和DDS信号源在智能封堵器中的应用

　　1引言

　　笔者研制的智能封堵器采用水上无线遥控的方式,对海底的封堵设备进行操作,从而完成对海底管道的维修。该封堵器的通信系统由水声通信部分和超低频电磁波(ELF)通信部分组成,下面仅介绍水声通信部分。

　　在利用计算机进行通信控制时,就会涉及到调制解调器(Modem)。成品Modem的通信频率跟智能封堵器中用的水声换能器的频率相差很大,而且调制解调器的变频通信也不易实现,所以成品Mo-dem无法直接用于封堵器的通信控制中,必须设计专门的水声调制解调器,以将计算机的指令信号转换成适合驱动换能器工作的信号。在通信系统中,从信号源产生的消息信号经过D/A转换,形成的是一种基带信号,具有较低的频率分量,一般不宜在信道中直接传输[1]。因此,在通信系统的发送端通常需要有调制过程。对不同的信道,根据经济、技术等因素,可以采用不同的调制方式。但无论采用何种调制方式,都需要用到正弦载波,而且在接收端进行解调时,需要用到同频同相的正弦载波。为此,笔者设计利用单片机和DDS技术来产生正弦波信号,用于完成智能封堵器的水声通信子系统中的通信任务。

　　2水声通信系统结构

　　根据对目前水声通信技术的调研及智能封堵器的实际应用环境和特点,笔者提出了如图1所示的水声通信系统方案。该系统主要由海上控制中心、外部通信链路以及遥控执行机构3个逻辑子系统组成,它基于声波和超低频电磁波来进行双向通信。

　　从图1可以看到,水声通信系统分为水上收/发和水下收/发通信系统2部分。水上部分由计算机、水声Modem、收/发滤波放大电路和双向换能器组成,水下部分由水下双向换能器、收/发放大滤波电路、水声/ELF转换电路和ELF-Modem+单片机控制系统组成。由于水声Modem输出的是小信号,所以需要通过功率放大电路将该信号放大,以驱动换能器工作。因为信号均为收/发双向传递,所以采用双向换能器,这样既可发送声波信号又可接收声波信号,即换能器的内部既有发射器又有水听器。

　　经过调研和选型,笔者采用的水声发射换能器是浅海圆柱型压电陶瓷换能器FSQ-37,其外形如图2所示。

　　水声发射换能器的中心频率为3716 kHz,其平稳接收范围为20~46 kHz。根据实际的水声试验可知,当发射换能器的发射频带范围处于33~43 kHz的中心带宽内时,接收换能器(水听器)具有良好的接收灵敏度。

　　3信号源电路的实现

　　虽然使用成品Modem能够给编程带来方便,但是成品Modem的工作载频为300~3 400 Hz。而实际水声通信系统中,水声换能器的灵敏度接收范围为33~43 kHz,远远超出成品Modem的工作载频。另外成品Modem的集成度很高,电路中各种元件的参数都已设好,变频操作也不易实现。因此,现成的Modem产品无法直接用在实际水声通信系统中。鉴于此,笔者通过对单片机编程以控制DDS芯片产生频率为33~43 kHz的正弦信号,经过滤波以及功率放大后输出至水声换能器。