智能封堵器水上通信中单片机系统电路的设计

　　1 智能封堵器水声通信系统

　　用于海底管道的智能封堵器，重要的是如何实现其水上水下通讯系统，以完成平台的遥控操作。整套通讯系统主要由海上控制中心、外部通讯链路、以及遥控执行机构三个逻辑子系统组成。该系统主要是基于声波和超低频电磁波来进行双向通讯[1]。由于海洋环境的特殊性，故采用了水声无线通信方式。

　　封堵器通讯系统分为水上收/发和水下收/发通讯系统两部分。水上部分由计算机、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。因为信号均为收/发双向传递，所以采用双向换能器，双向换能器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。在前期工作中，提出了如图1所示的水声通讯方案。本文就单片机控制系统电路做了以下设计。

　　2 单片机系统的设计

　　单片机系统主要由电源、A/D转换、PWM调节电路、主控电路、串行通讯以及为调试电路方便而设计的开关和显示电路等组成。

　　2.1 主控电路的设计

　　单片机系统的主控电路如图2所示。主芯片ATmega169的PC0-PC7作为显示控制端口，PA0-PA7在C语言编程环境定义为Din_1至Din_8即TTL电平数字输入，PD0-PD7为数字量输入通道，PF0-PF7为模拟量输入通道，PB5、PB6作为PWM控制以备控制简单的机械动作，PE0、PE1作为通讯端口，PE2-PE5接DIP开关为调试程序方便所设置[2]。 另外还有中断和蜂鸣器的设置等。ATmega169的23、24脚接晶振，为ATmega169提供时钟。

　　2.2 通讯电路的设计

　　单片机的通讯采用RS-232接口进行，如图3所示，单片机的TXD和RXD信号两根信号线分别接到MAX232的第9、10脚。

　　图3单片机通信接口电路(参见下页)由于单片机串口的电平为TTL电平，必须先转换为RS-232电平才能与Modem通信。图中采用MAX232芯片实现单片机和Modem的连接，进行电平转换。单片机虽然有串行I/O口，但不具有RTS、CTS、DTR、DSR等标准接口握手信号线[4]。考虑到单片机与上位机的通信量并不大，所以在连接时采用简单的“三线式”，即只通过TXD、RXD和地线GND进行连接，其他信号在对Modem初始化时发送AT命令将其忽略。若想使系统更紧凑些，还可采用单片机外接一个8250通讯接口芯片的形式构成Modem+单片机系统。

　　将各部分电路组合在一起就构成了单片机系统，最后做成的电路板如图4所示。

　　3 信号的滤波放大电路设计

　　水下换能器接收到的声信号干扰多、幅值小，要得到可靠的载波信息，首先应将接收到的信号进行滤波放大，然后传送至水下Modem解调出载波信息。此处的接收电路设计包括带通滤波电路设计和信号放大电路设计。水试中采用了低阶带通滤波电路，信号放大选用了放大增益范围较宽的集成芯片AD620。