基于磁耦合的水下非接触式通信系统研制

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文摘要在世界人口数量剧增、陆地资源锐减、环境污染日益严重的今天，进军海洋、开发海洋已成为世界海洋技术领域的一大主题，发展海洋科技，尤其是海洋高新技术已成为世界新技术革命的重要内容，而海洋环境监测技术作为现代海洋开发的技术基础，是海洋高新技术的主要组成部分。针对这种情况，本课题将研制一套无人值守海洋波浪能定点垂直剖面自动监测系统，获取定点海洋垂直剖面的环境参数数据，为进一步开发海洋资源、保护海洋生态环境以及减灾防灾工作提供丰富可靠的信息和资料。系统的水下主体部分与浮体平台将采用分离式设计，若采用有线通信

2、方式实现，则由于通信距离不断变化导致传输线路设计困难并且设备的安全性以及通信的可靠性都难以保障，因此，剖面观测数据的非接触式传输技术研究是本项目的一项关键技术。本毕业设计的主要工作就是研制一套非接触式传输系统应用于本课题的剖面数据的非接触式数据传输。利用电磁耦合理论，在对线圈的耦合理论和海水电磁传输特性研究的基础上，通过选择合适的通信速率、载波频率以及调制解调方式，研制出一套基于磁耦合的水下非接触式通信系统。整个系统主要分为三部分：(1)发送电路。主要用于将需要发送的有用信号通过ASK方式调制在载波上，经过功率放大后，利用谐振

3、将电信号转换为磁信号通过耦合线圈发送出去，其中包括电平转换电路和RS232接口电路。(2)接收电路。主要是用于通过谐振将耦合线圈接收到的磁信号转换为电信号，并进行放大、滤波、解调、滤波、施密特触发等一系列处理后最终接收到的调制信号还原为原来的有用信号并接收。(3)控制电路。发送电路和接收电路共用一个耦合线圈工作，这就需要通过设计控制电路使整个电路工作在半双工的方式，选择带双串口的C8051F020作为控制芯片，并通过设计硬件电路和软件，使整个系统工作在半双工的方式。在系统调试的过程中，先后进行了发送和接收电路的实验室调试、水下

4、模拟环境的调试，控制电路的调试，以及系统的整体调试，最终成功的实现了系统的功能。整个系统实现了两个耦合线圈水下距离为20cm，轴向角度小于60°，波特率为9600bps的无误码传输，整个系统的功耗为300mW，符合整个课题的要求。关键词：海洋监测，无人值守，非接触式传输，电磁耦合，耦合线圈，半双工通信I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTBecauseoftheSharplyincreasingworldpopulation,substantiallyreducinglandresources,andseriously

5、increasingenvironmentalpollutiontoday,theexploitationofworld'soceanshasbecomeamajorthemeinthedevelopmentofmarinescienceandtechnology,developingthemarinetechnology,inparticular,themarinehigh-techhasbecomeoneofthemostimportantcontentofworld'snewtechnologicalrevolution

6、,andthemarineenvironmentalmonitoringtechnologyasthetechnicalbasisofmodernmarinedevelopmentisthemajorcomponentofmarinehigh-tech.Inviewofthissituation,thesubjectwilldevelopasetofunattendedfixedverticalprofileofautomaticmonitoringsystemgettingenergyformoceanwave,access

7、tofixedverticalprofileoftheenvironmentalparametersofmarinedataforthefurtherdevelopmentofmarineresources,protectionofthemarineecologicalenvironmentanddisasterpreventionandreductiontoprovidewealthofreliableinformationanddata.Themainpartoftheunderwaterplatformofsystema

8、ndthefloating-bodywillbedesignedseparately,ifusingwirecommunicationtoachieve,thenbecausethecommunicationrangeduetotheever-changing,designw