宽带低功耗水声应答器的设计与实现

摘要

水声应答器作为通用的声学设备在大多数海洋科学研究与海洋工程中都发挥着重要作用。由于水声应答器工作时完全依靠电池供电，因此降低功耗、延长水下工作时间对应答器具有重要意义。本文设计了一款具有应答、释放和电触发功能的宽带低功耗水声应答器。
　　为了尽可能的降低系统功耗，在设计过程中对硬件电路的器件选型、软件设计、电源系统的动态管理等方面进行深入研究，有效的降低了应答器的功耗。
　　首先，在设计应答器硬件电路时，选取轻负载高效率电源转换芯片LT8610AB为电源转换芯片，综合考虑数字处理芯片的功耗和性能，选择低功耗处理器MSP432作为数字处理芯片，选取毫瓦级轨道轨运算放大器AD8542作为模拟接收电路的核心，在此基础上完成应答器的硬件电路设计。
　　其次，论文完成了对询问信号的相关检测算法的仿真以及2FSK释放指令码检测算法的仿真。完成以下三种功能:询问信号的相关检测功能、释放指令的检测功能和电触发功能。为了尽可能的降低应答器系统功耗，利用MSP432的内部AD采集模块的比较器完成对CPU的唤醒与休眠。
　　最后，对宽带低功耗水声应答器系统进行综合测试，应答器在MSP432CPU休眠状态下功耗为19mW，应答器在MSP432CPU活动模式下功耗为37mW。在此基础上，经过推算可知，采用24V、6Ah规格的锂电池供电，在应答器处于休眠模式时，理论上应答器可以在水下持续工作的时间325天。应答器实现了应答、释放和电触发三种功能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2低功耗技术研究现状

1．3低功耗水声应答器研究现状

1．4论文研究的主要内容

第2章宽带低功耗水声应答器的硬件电路设计

2．1 低功耗硬件电路设计总体方案

2．2模拟接收电路设计

2．2．1模拟接收电路增益设计

2．2．2模拟接收电路等效噪声设计

2．2．3前级放大电路

2．2．3射随电路

2．2．4后级放大电路

2．2．5有源滤波电路

2．3信号发射电路设计

2．3．1功率放大电路

2．3．2阻抗匹配电路

2．4硬件低功耗设计

2．5数字硬件电路设计

2．6数字电源电路设计

2．7释放结构电路设计

2．8硬件复位电路设计

2．9光耦电路设计

2．10串口通信电路

2．11 应答器系统上电控制电路

2．12本章小结

第3章应答器信号检测算法及软件设计

3．1询问信号相关检测算法

3．2释放指令检测基本原理

3．3应答器软件设计

3．3．1 AD模块软件设计

3．3．2 DMA模块软件设计

3．3．3询问信号检测软件设计

3．3．4释放指令检测软件设计

3．3．5电触发软件设计

3．4软件低功耗设计

3．5 本章小结

第4章应答器系统测试

4．1模拟接收电路测试

4．1．1带通滤波器的幅频特性

4．1．2放大电路的增益

4．1．3模拟接收电路的功耗

4．1．4模拟接收电路的等效噪声

4．2 发射机参数测试

4．2．1 发射机声源级测试

4．2．2发射机静态功耗

4．3 应答器功能测试

4．3．1 AD采集功能测试

4．3．2询问信号检测测试

4．3．3释放指令检测测试

4．3．4电触发功能测试

4．3．6应答器系统功耗

4．3．7应答器水池实验

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录