1、微功耗单片机在水声遥控系统中的应用摘 要水声数字通信技术的快速发展，并开始应用于通信、遥测、水下航行器的控制等多个领域。随着科技的发展，许多新的技术开始应用于水声遥控系统当中，其中就包括微功耗单片机。文章围绕水声遥控系统进行研究，结合微功耗单片机的应用，对水下通信技术的发展有着积极的促进作用，并在多个领域有着广泛的应用。 关键词微功耗单片机；水声遥控系统；应用 中图分类号：TP872 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0369-01 前言：微功耗单片机在水声遥控系统中的应用，能够有效提升水下通信的效果，有着良好的水下遥控和遥测功能。随着科技的发展，水声通信技术也在不
2、断的进步，其应用也变得更加广泛，从最初的军事领域再到当前的商业民用领域，水声通信技术发挥着十分重要的作用。微功耗单片机在水声通信当中的渗透与应用，正在深入的研究和探索当中，具有十分良好的发展前景。 1 水声通信的特点 水声通信的通信带宽有限，不适合高频声波的传播，衰减十分明显，因此对于载波频率有所限制。一般情况下，水声通信采用的为低频声波，一般保持在 10100kHz 左右。水声信道在经过一段时间后会转变为相干多途信道，其结构变得更加简化，此时会产生多途效应，这与水下环境以及码元频率有着密切的联系，给水声通信造成了一定的阻碍。在水声遥控系统的设计当中，水声信道的时变、空变以及随机性是需要重点考
3、虑的内容，把握通信的方向性进而提升水声通信的可靠性。另外，起伏效应、多卜勒效应以及环境噪声都是影响水声通信技术的重要因素，在水声遥控系统的研究与设计当中，需要重点加以考虑，保证水声通信的可靠性。当前，移频编码解码是应用于水声遥控系统的先进技术，对提升水声通信质量有着积极的作用1。 2 移频编码解码 2.1 方案设计 根据水声通信的特点，结合缓慢变化的相干多途信道以及诸多影响因素，制定科学、合理的设计方案，进行水声信道的编码设计。在信道编码的过程中，需要从保证水声通信的质量着手，尽量排除多途干扰问题。一般情况下，为了避免多途干扰问题，需要保证相邻码元之间存在等待时间间隔，在数据码元的多途干扰完全
4、消失之后，再进行接下来的数据码元解码，该方法对改善多途干扰问题有着重要的影响，但是在该过程中，不可避免的会出现传输速率损失的现象。另外一种方法是码内干扰的均衡，以达到补偿的效果，可以采取跳频编码的办法。 根据水声信道的时变、空变以及随机性，对信道进行检测和标校，根据信道的变化予以匹配。设定相关函数，进行 MFSK 编码，并根据编码程序进行传输比特率的计算，根据编码所得到的多途扩展长度，进而确定约束，一般要大于多途扩展长度。根据通信频率和处理带宽，进而确定调制脉宽。传输速率、通信带宽、多途扩展长度以及信道子通带平均宽度都是编码方案设计当中需要重点考虑的内容。通过码元间隔、多途扩展长度以及信道编码
5、波形，得到通信速率表达式。计算得出 MFSK 编码的最大通信速率，为了保证水声通信的准确性，通信速率一般不能超过最大通信速率。 2.2 解码原理 相间为 BHz 的频点组成各个码元，通过窄带梳状滤波器进行频点的波形分离，并根据编码频段，进行滤波器的中心频率的循环调谐，最终完全译出码元。通过解码自适应滤波器，获得相关参数，其中最重要的是滤波结果和响应时间，这是影响水声通信的重要因素，通信频点的间隔和码元的宽度取值十分关键，为了尽量缩短响应时间，应该取最小值。根据滤波结果进行深入的分析和研究，为移频编码解码提供重要的参考。2.3 同步技术的应用 在水声遥控系统系统当中进行编码设计，根据方案设计和解
6、码原理，通过自适应门限的实时获取和信道标校、判决逻辑以及解码仿真等过程，虽然在通信速率的提升方面并不十分显著，但是适用于水声通信当中，在水声遥控系统当发挥着重要的作用。在此基础上，采用多种技术方法进行同步信号的检测，相关运算、能量检测都是行之有效的办法，有着各自的优势和缺陷，具体情况下具体应用，进行同步信号的有效检测，保证其精度。脉冲宽度、同步码的选择都是相当关键的。随着微功耗单片机的应用，移频编码解码同步技术也有着长足的发展和进步2。 3 微功耗单片机在水声遥控系统中的应用 3.1 微功耗单片机的功能及类型 功耗单片机具有低能耗、功能完善以及处理能力强的特点，在水声遥控系统中得以有效的应用。
7、其中 MSP430X16X 微功耗单片机是最先进的单片机设备。MSP430X16X 微功耗单片机有着超低的能耗，并应用多种节电方式，串行在系统编程，并采取安全熔丝的程序代码保护方式，进而保证在水声遥控系统当中安全稳定的运行。根据微功耗单片机在水声遥控系统中的应用，从发射和接收两个角度分别进行软件设计，以完善水声遥控系统的功能，以保证水声通信的质量。 3.2 发射部分的设计 水声通信是逐“帧”进行信息输送，为了保证信息数据的传输的准确性，对于以“帧”为单位的信息数据的起点，进而确定每一帧数据当中的信息。在一定的时间间隔内，明确帧同步信号、标校码以及信息码，进行检测和采样定时。了解信道参数的变化情
8、况，并获得信道实时变化的门限，进而在水声遥控系统发射部分的设计当中进行适应性调整和改进。基于微功耗单片机的水声遥控系统当中，TMS320C5416 的功能是来完成数据发射，并由 DSP 进行数据空间储存。一般来说，水声遥测系统所发射的数据信号为一个周期的正弦信号，并储存到 DSP 当中。提升采样率，并采用相应的补偿变换，最终获得相应的信号频率。采用循环寻址的方式进行信号抽取，并通过相应的缓冲串口予以送出。由于不连续发射的码元，在码元之间会产生空隙，以避免多途效应的影响，保证水声遥控系统信号发射的准确和稳定，微功耗单片机在其中发挥着重要的作用。 3.3 接收部分的设计 基于微功耗单片机的水声遥控
9、系统当中，MSP430F1611 的功能是来完成数据接收，并根据数据帧信号进行能量运算。准确的判断同步码的位置，并依次接收标校码以及信息码，期间存在一定的延迟。当码元接收和存放完毕之后进行译码，根据得到的信息码元频率，结合再译出的指令，进而获得完整的遥控指令。在实际应用当中，可以采用两个微功耗单片机进行处理，分别判别同步码元和进行噪声能量的计算，以更好的适应信道的变化。充分发挥了微功耗单片机的重要功能，保证水声遥控系统接收功能的完善3。 结论：水声通信与地面通信有着十分显著的区别，由于水下无线电波的传输的过程中受到许多阻碍，进而采用水声通信的方式，提升水下通信的质量。结合微功耗单片机的应用，发挥其强大的功能，经过科学、合理的设计，促进了水声遥控系统的发展，对水下通信的发展有着重要的意义。 参考文献 1 黄博.微功耗水声遥控系统解码技术研究D.哈尔滨工程大学，2010. 2 郝雯.基于 MSP430F169 的水声遥控发射系统设计J. 电子设计工程，2014，05：141-143+146. 3 王留奎，赵转莉. 微功耗水声数字遥控系统的设计J. 黄河水利职业技术学院学报，2007，02：20-22. 作者简介： 刘迅，男，汉族，湖南衡阳人，就读于公安海警学院 ，本科在读。
