[实用新型]一种基于超声波的便携式水声通信仪

说明书

技术领域

本实用新型属于水声通信领域，尤其涉及一种基于超声波的便携式水声通信仪，该通信仪用于潜水员进行水下通信。

背景技术

水声通信技术广泛用于海洋资源勘探、海洋环境监测以及军事领域。水声信道具有通信带宽有限、海洋噪声干扰严重和复杂时变的多径效应等特点，严重影响通信性能。为了达到更好的通信性能，水声通信设备一般采用较低频率(小于20kHz)和较高功率进行通信，这种方法导致通信设备较笨重，不适合潜水员装备，并且大功率低频声波对潜水员听力有伤害。

部分研究者为潜水员开发了可穿戴的水下可见光通信设备，但是这种设备的通信距离较短，仅适合水下潜水员之间面对面通信，不能用于多名潜水员协同工作以及潜水员与水面船之间的通信。

发明内容

本实用新型针对潜水员水下通信的需求，设计一款基于超声波的便携式水声通信仪，该通信仪主要用于潜水员之间近距离的语音通信及潜水员与水面船之间远距离的指令交互。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于超声波的便携式水声通信仪，包括核心系统，以及与核心系统相连接的超声换能器、人机交互单元、话音单元；所述核心系统的核心处理器为FPGA，通过FPGA控制通信的收发转换并并完成数据采集、信号处理和波形产生。

进一步的，所述核心系统还包括电源模块、收发转换电路、接收电路、AD采集电路、发射电路、DA电路、语音信号编解码模块；所述收发转换电路连接接收电路和发射电路，所述接收电路通过AD采集电路连接FPGA，所述FPGA通过DA电路连接发射电路；所述FPGA通过语音信号编解码模块连接话音单元；所述核心处理器FPGA连接人机交互单元；所述电源模块为核心系统各电路和模块供电。

更进一步的，所述FPGA包括时钟模块、AD接口模块、DA接口模块、调制模块、解调模块、编解码芯片接口模块和通用异步串行通信模块；

所述时钟模块用于生成其他模块所需要的多种时钟；

所述AD接口模块用于控制AD采集电路采样并将采样数据传输到解调模块；

所述DA接口模块接收调制模块产生的波形数据并控制DA电路转换；

所述调制模块接收编解码芯片接口模块的音频数据以及通用异步串行通信模块的数据，将音频数据和数据进行调制，调制后的数据发送给DA接口模块；

所述解调模块接收AD接口模块采集的数据，进行数据处理，完成波形的解调，解调的音频信号传输给编解码芯片接口模块，解调的数据传输给通用异步串行通信模块；

所述编解码芯片接口模块用于控制语音信号编解码模块进行语音信号的编码，将编码后的数据传输给调制模块；以及将解调模块的音频数据发送给语音信号编解码模块解码为模拟音频信号；

所述通用异步串行通信模块接收解调模块输出的指令，将数据发送给人机交互单元；以及接收人机交互单元的数据，传输给调制模块，调制后进行发射。

更进一步的，所述核心系统密封在仪表盒中，固定在潜水员腰部或背部。

进一步的，所述人机交互单元为单片机系统，包括单片机以及与单片机连接的显示装置、指令输入装置、消息提示装置以及传感器接口。

更进一步的，所述人机交互单元密封在仪表盒内，佩戴于潜水员小臂或手腕。

进一步的，所述话音单元包括麦克风和耳机，置于潜水员面罩内。

进一步的，所述收发转换电路通过继电器完成收发转换，由FPGA控制继电器开关。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：利用超声波实现潜水员水下通信，避免大功率低频(20kHz以下)声波对潜水员听力的伤害，又可以全向传播，突破了可见光直线传播限制，增加通信灵活性；本实用新型的核心处理器采用FPGA，完成系统控制、接口逻辑和通信数据的处理，集成度高，增加通信仪的便携性；设计的通信仪能够实现潜水员之间近距离语音通信和潜水员与水面船之间的远距离指令交互，满足潜水员水下通信需求。

附图说明

图1为本实用新型的主要结构单元和连接关系示意图；

图2为本实用新型的核心单元的电路结构及连接关系示意图；

图3为本实用新型的核心单元的核心处理器FPGA内部电路结构图；

图4为本实用新型的核心单元的电源系统电路图；

图5为本实用新型的核心单元的收发转换电路示意图.

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。