专利名称：基于感应耦合的水下无线数据收发装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水下无线通信技术领域，具体涉及一种基于感应耦合的水下无线数据收发装置。
背景技术：
与现有陆地通信方式类似，水下数据通信也可采用有线和无线方式实现。但由于电磁波在水中衰减速度非常快，无法实现较长距离的无中继无线通信，因而水下无线通信 几乎全部依赖声通信系统。然而在某些水下应用领域中，如自升降监测浮标数据回收、水 下工作站或深潜器数据对接等，考虑到通信双方中有一方处于不确定运动状态，出于设备 安全原因，数据传输必须采用非接触方式实现。同时，在这些应用领域中，由于需要传输的 数据量不大，传输距离近，若采用声通信系统实现，则不仅成本过高，同时设备功耗大增，不 利于监测浮标等自容式设备的长期无人值守工作；而在其他水下无线传输方式中，水下激 光通信系统通信距离远、传输率较高，但结构复杂、造价高，同时通信的方向性要求高；水下 LED光学通信系统造价低、功耗低、传输距离较远、但同样存在方向性要求过高问题，若无相 应装置保证其探头在较小的范围内对准，则通讯性能将大幅下降甚至通讯中断。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种基于感应耦合的水下无线数据收发 装置。该装置可以实现水下近距离非接触式无线通信，满足某些特定水下应用领域中数据 传输的低成本、低功耗和高可靠性要求。基于感应耦合的水下无线数据收发装置，包括数据发送终端、耦合信号发送模块、 耦合信号接收模块、发送线圈、接收线圈以及数据接收终端。数据发送终端通过串口与耦合信号发送模块连接，耦合信号发送模块的输出端与 发送线圈信号连接，发送线圈对应接收线圈设置，在海水介质中以电磁耦合方式相连接，接 收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块通过串口与数据接收终 端连接。所述的耦合信号发送模块包含数据接口、调制电路、功放电路；数据接口与调制电 路信号连接；调制电路与功放电路信号连接，功放电路与发送线圈信号连接。所述的耦合信号接收模块包含放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电 路、数字信号还原电路以及数据接口，放大电路一端连接接收线圈，另一端与前端滤波电路 一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤 波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电 路另一端连接数据接口。所述的发送线圈和接收线圈均为采用漆包线绕制的具有一定匝数和半径的封闭 空心线圈。本实用新型中涉及调制电路、功率放大电路、放大电路、滤波电路、检波电路以及数字信号还原电路均采用现有成熟技术。由于本实用新型提出的水下无线数据收发装置具有非接触特性，因而通信双方无 需添加额外的通信线路，既保证了数据通信的可靠性，同时也保障了水下设备的灵活性和 安全性。此外，本实用新型提出的水下无线数据收发装置基于电磁感应原理，对于收、发线 圈相对位置的方向性要求较低，可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传 输。除此之外，该装置还具有成本低、功耗小等一系列优点，与水声通讯、水下光学通讯等背 景技术相比，更加适合实现水下近距离非接触式无线数据传输。
图1为实用新型结构示意图；图2为图1中的耦合信号发送模块结构示意图；图3为图1中的耦合信号接收模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，基于感应耦合的水下无线数据收发装置，包括数据发送终端1、耦合 信号发送模块2、耦合信号接收模块5、发送线圈3、接收线圈4以及数据接收终端6。数据发送终端1通过串口与耦合信号发送模块2连接，耦合信号发送模块2的输 出端与发送线圈信号连接，发送线圈3对应接收线圈4设置，在海水介质中以电磁耦合方式 相连接，接收线圈4与耦合信号接收模块5的输入端信号连接，耦合信号接收模块5通过串 口与数据接收终端6连接。如图2所示，耦合信号发送模块2包含数据接口 2-1、调制电路2-2、功放电路2_3 ； 数据接口 2-1与调制电路2-2信号连接；调制电路2-2与功放电路2-3信号连接，功放电路 2-3与发送线圈3信号连接。如图3所示，耦合信号接收模块5包含放大电路5-1、前端滤波电路5-2、检波电路 5-3、后端滤波电路5-4、数字信号还原电路5-5以及数据接口 5-6，放大电路5-1 —端连接 收线圈4，另一端与前端滤波电路5-2 —端信号连接，前端滤波电路5-2另一端与检波电路 5-3 一端信号连接，检波电路5-3另一端与后端滤波电路5-4 —端信号连接，后端滤波电路 5-4与数字信号还原电路5-5 —端信号连接，数字信号还原电路5-5另一端连接数据接口 5-6。发送线圈和接收线圈均为采用漆包线绕制的具有一定匝数和半径的封闭空心线 圈，其一端与对应的模块连接，另一端接地。耦合信号发送模块中数据接口采用RS232串口，用于接收待发送数据；调制电路 采用幅度键控(ASK)调制方式，将待发送数据调制到一定频率的载波信号上；功放电路采 用甲乙类互补推挽功率放大电路，用于将经过调制的数据信号进行功率放大。耦合信号接收模块中放大电路采用集成运放构成的电压放大电路实现接收线圈 上微弱电压信号的放大；前端滤波电路采用集成运放构成的有源低通滤波器滤除频率高于 载波频率的噪声信号；检波电路采用二极管包络检波电路获取已发生畸变的基带信号；后 端滤波电路采用有源低通滤波器进一步滤除干扰成分；数字信号还原电路采用施密特触发电路实现基带数据信号的还原；数据接口电路采用RS232串口，用于向数据接收终端传输 还原后的数据信号。发送线圈为采用漆包线绕制的具有一定匝数和半径的封闭空心线圈，用于经过功率放大后的调制信号的耦合输出；接收线圈与发送线圈参数完全一致，用于调制信号的耦 合接收。本实用新型装置的工作方式为数据发送终端通过RS232串口将待发送数据传输 至耦合信号发送模块；调制电路产生载波并采用ASK方式将待发送数据信号调制到载波 上；调制信号经过功放电路发大后输出到发送线圈；接收线圈在一定的距离和空间角度范 围内通过电磁耦合方式从发送线圈获取经调制的发送信号，并将其传输至耦合信号接收模 块；由放大电路和前端滤波电路将信号进行放大并滤除高于载波频率的干扰信号后，输出 至检波电路；检波电路采用二极管包络检波方式获取已发生畸变的基带信号，经低通滤波 后再利用施密特触发电路还原出原始发送信号；经还原的发送信号通过数据接口 RS232传 输至数据接收终端进行后续处理。
权利要求基于感应耦合的水下无线数据收发装置，包括数据发送终端、耦合信号发送模块、耦合信号接收模块、发送线圈、接收线圈和数据接收终端，其特征在于数据发送终端通过串口与耦合信号发送模块连接，耦合信号发送模块的输出端与发送线圈信号连接，发送线圈对应接收线圈设置，在海水介质中以电磁耦合方式相连接，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块通过串口与数据接收终端连接；所述的发送线圈和接收线圈均为采用漆包线绕制的封闭空心线圈；所述的耦合信号发送模块包含数据接口、调制电路、功放电路；数据接口与调制电路信号连接；调制电路与功放电路信号连接，功放电路与发送线圈信号连接；所述的耦合信号接收模块包含放大电路、前端滤波电路、检波电路、后端滤波电路、数字信号还原电路以及数据接口，放大电路一端连接接收线圈，另一端与前端滤波电路一端信号连接，前端滤波电路另一端与检波电路一端信号连接，检波电路另一端与后端滤波电路一端信号连接，后端滤波电路与数字信号还原电路一端信号连接，数字信号还原电路另一端连接数据接口。
专利摘要本实用新型涉及基于感应耦合的水下无线数据收发装置。目前水下数据无法实现较长距离的无中继无线通信。本实用新型中数据发送终端通过串口与耦合信号发送模块连接，耦合信号发送模块的输出端与发送线圈信号连接，发送线圈对应接收线圈设置，在海水介质中以电磁耦合方式相连接，接收线圈与耦合信号接收模块的输入端信号连接，耦合信号接收模块通过串口与数据接受终端连接。本实用新型可以在较大的空间角度范围内实现近距离非接触式无线传输，具有成本低、功耗小等优点，更加适合实现水下近距离非接触式无线数据传输。
文档编号H04B1/38GK201557113SQ20092020039
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者于海滨, 刘圆圆, 刘敬彪, 刘洋, 刘纯虎, 盛庆华 申请人:杭州电子科技大学