本發明專利技術公開了一種水下無線光通信裝置及其方法。它包括順次連接的濾光片、硅光電二極管、光電接收單元、主控單元、光調制驅動單元、綠光光源，主控單元與上位機相連。將光發射端與接收端集成在同一電路內以實現雙工光通信。所述硅光電二極管用于將光信號轉換為微弱的電信號；所述光電接收單元將微弱的光電流信號進行放大，轉換為可被主控單元處理的電平信號；所述主控單元對數據進行儲存和處理，并與上位機進行通信；所述光調制驅動單元對光源的電流以及溫度進行控制以保證正常工作狀態，并將信號調制到綠光光源上。本發明專利技術中的光學通信裝置能夠靈活地運用于各種水下數據傳輸場合，為水下通信提供一種新的解決方案。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線光學通信
，尤其涉及一種。
技術介紹
隨著世界人口數量的增加和陸地資源的緊缺，進入21世紀后人們將更多精力投入到海洋、河流資源的開發與利用上。由于人類活動對生態環境的影響，導致水華、赤潮等污染事件時有發生，促使相關部門加大了對于各項水參數質預警和監測的力度。在水中傳播的各種波中，以縱波(聲波)的衰減最小，因而聲納技術和水聲信息傳輸技術被廣泛采用和關注。對電磁波這種橫波而言，由于海水是良導體，趨膚效應將嚴重影響電磁波在海水中的傳輸，以致在陸地上廣為使用的無線電波在水下幾乎無法應用。目前，水下無線通信廣泛采用的方式為聲學通信技術，水聲通信技術具有通信距離遠、通信可靠性高等優點，但是，水下聲學通信也有諸多的局限性:水聲信道傳輸延時長、傳輸速率低。水中聲波的傳播速度約為1500m/s，比光速低了太多，其數據傳輸速率隨著距離增大而降低。可用帶寬有限。水下聲學通信中的傳輸帶寬是時變的，一般水下鏈路的容量比陸地上的無線鏈路的容量低很多，如果再考慮多址接入、信道衰落、噪聲和干擾等不利因素的影響，實際可獲得的鏈路容量比理想的無線傳輸速率還要低許多。功耗高、體積大。由于其波長相對較長，所以其耗能大，對于在水下的設備來說其能源補給是困難的。1963年，S.A.Sullian及S.Q.Dimtley等人在研究光波在海洋中的傳播特性時，發現海水對450 550納米波段內藍綠光的衰減要比其他光波段的小很多，證實了在海洋中亦存在一個類似于大氣中存在的透光窗口。依據上述物理現象，利用工作在藍綠光波段的激光器，可研制出基于新物理機理的水下目標探測、控制、通信等裝備，為解決長期以來困擾人類的對水下目標探測、水下通信、水質監測、水樣采集等難題帶來了新的希望。當前對于無線光學通信的研究大都用于大氣空間內的激光通信場合，應用場合有一定的局限，不滿足于水下無線光學通信的要求，需要做出改進和完善。首先，大氣激光通信和水下激光通信要選取不同的光源。在大氣中，通常選用對大氣透過率最高的紅外激光。而在水下，藍綠光具有傳輸距離遠，傳輸速率快、帶寬大、隱蔽性好等特點，是未來水下通信的發展方向。所以用藍綠光進行通信比傳統通信手段擁有諸多的優越性。當前所采用的激光通信裝置以脈沖激光器為主，脈沖激光器體積大、成本高，安裝極為不便，不適合普通的水下數據傳輸。光學通信裝置缺少實際電路元器件的選擇和對于連接方式的說明。基于目前水下無線光學通信研究存在的問題，有必要進一步探索和研究一種新的光學通信裝置，以及具體的水下無線光學通信方法，降低無線光通信裝置的成本，增強方法的可行性和實用性
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有的水下無線光學通信方法存在的不足，提供一種。水下無線光學通信裝置包括順次連接的濾光片、硅光電二極管、光電接收單元、主控單元、光調制驅動單元、綠光光源，主控單元與上位機相連；所述光電接收單元的電路為:電阻Rl的一端接硅光電二極管的正極，電阻Rl的另一端接地，光電二極管的負極接+5V電源，電阻R2的一端接地，電阻R2的另一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的另一端與運放Al的輸出端相連，電容Cl的一端與運放Al的輸出相連，電容Cl的另一端與電容C2的一端和電阻R7的一端相連，電容C2的另一端與電阻R4的一端、運放A2的同相輸入端相連，電阻R4的另一端與電阻R5的一端接地，電阻R5的另一端與電阻R6 —端、運放A2的反向輸入端相連，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端、電阻R8的一端、運放A2的輸出端相連，電阻R8的另一端與電阻R9的一端、電容C4的一端相連，電阻R9的另一端與電容C3的一端、運放A3的同相輸入端相連，電容C3的另一端和電阻RlO的一端接地，電阻RlO的另一端與電阻Rll的一端、運放A3的反向輸入端相連，電阻Rll的另一端與電容C4的另一端、運放A3的輸出端口相連。所述的光調制驅動單元的電路為:電阻R13的一端與LED的正極、驅動器MAX16832C的CS腳相連，電阻R13的另一端與驅動器MAX16832C的GND腳、驅動器MAX16832C的PGND腳接地，電容C5的一端與驅動器MAX16832C的IN腳相連，電容C5的另一端接地，LED的負極與電感L的一端相連，電感L的另一端與二極管Dl的正極、驅動器MAX16832C的LX腳相連，二極管Dl的負極與電阻R13的另一端相連，電容C6的一端與電阻R13的一端、驅動器MAX16832C的TEMP腳相連，電阻R14的另一端與電阻R15的一端相連，電阻R15的另一端與電容C6的另一端接地。所述的LED為波長為532納米的綠光光源。所述的主控單元采用超低功耗MSP430F149單片機。水下無線光學通信方法是:上位機將待傳輸信息通過RS-232串口發送至主控單元，主控單元將信息轉換為數字電平信號并輸入至光調制驅動單元，光調制驅動單元將信號調制到綠光光源的光束上，并控制綠光光束載波的相位、幅值、頻率參數，使相位、幅值、頻率參數按照電信號的規律變化，硅光電二極管接收到在水中的透過性好，波長為532納米的綠光光源傳輸的光信號后，將光信號轉換為微弱電信號，并輸入光電接收單元放大至標準電平信號，然后輸入主控單元還原為傳輸的原始信息，通過RS-232串口發送至上位機進行顯示。本專利技術中的光學通信裝置能夠靈活地運用于各種水下數據傳輸場合，具有體積小、功耗低、成本低的特點，為水下通信提供一種新的解決方案。附圖說明圖1是水下無線光學通信裝置電路框 圖2是本專利技術的光電接收單元的電路原理 圖3是本專利技術的光調制驅動電路原理 圖4是水下無線光學通信方法的傳輸示意圖。具體實施方式如圖1、2所示，水下無線光學通信裝置包括順次連接的濾光片、硅光電二極管、光電接收單元、主控單元、光調制驅動單元、綠光光源，主控單元與上位機相連；所述光電接收單元的電路為:電阻Rl的一端接硅光電二極管的正極，電阻Rl的另一端接地，光電二極管的負極接+5V電源，電阻R2的一端接地，電阻R2的另一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的另一端與運放Al的輸出端相連，電容Cl的一端與運放Al的輸出相連，電容Cl的另一端與電容C2的一端和電阻R7的一端相連，電容C2的另一端與電阻R4的一端、運放A2的同相輸入端相連，電阻R4的另一端與電阻R5的一端接地，電阻R5的另一端與電阻R6 —端、運放A2的反向輸入端相連，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端、電阻R8的一端、運放A2的輸出端相連，電阻R8的另一端與電阻R9的一端、電容C4的一端相連，電阻R9的另一端與電容C3的一端、運放A3的同相輸入端相連，電容C3的另一端和電阻RlO的一端接地，電阻RlO的另一端與電阻Rll的一端、運放A3的反向輸入端相連，電阻Rll的另一端與電容C4的另一端、運放A3的輸出端口相連。所述的LED為波長為532納米的綠光光源。所述的主控單元采用超低功耗MSP430F149單片機。經過論證和仿真，波長為532nm的綠光在水中衰減最小，衰減系數為0.0417 Γ1。所以光源采用綠光LED模塊，LED的工作電壓為3.3V，最大電功率可達1W，光源散射角為 60.' ,光信號覆蓋本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種水下無線光學通信裝置，其特征在于包括順次連接的濾光片、硅光電二極管、光電接收單元、主控單元、光調制驅動單元、綠光光源，主控單元與上位機相連；所述光電接收單元的電路為：電阻R1的一端接硅光電二極管的正極，電阻R1的另一端接地，光電二極管的負極接+5V電源，電阻R2的一端接地，電阻R2的另一端與運放A1的反向輸入端相連，電阻R3的一端與運放A1的反向輸入端相連，電阻R3的另一端與運放A1的輸出端相連，電容C1的一端與運放A1的輸出相連，電容C1的另一端與電容C2的一端和電阻R7的一端相連，電容C2的另一端與電阻R4的一端、運放A2的同相輸入端相連，電阻R4的另一端與電阻R5的一端接地，電阻R5的另一端與電阻R6一端、運放A2的反向輸入端相連，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端、電阻R8的一端、運放A2的輸出端相連，電阻R8的另一端與電阻R9的一端、電容C4的一端相連，電阻R9的另一端與電容C3的一端、運放A3的同相輸入端相連，電容C3的另一端和電阻R10的一端接地，電阻R10的另一端與電阻R11的一端、運放A3的反向輸入端相連，電阻R11的另一端與電容C4的另一端、運放A3的輸出端口相連。...
【技術特征摘要】
1.種水下無線光學通信裝置，其特征在于包括順次連接的濾光片、硅光電二極管、光電接收單元、主控單元、光調制驅動單元、綠光光源，主控單元與上位機相連；所述光電接收單元的電路為:電阻Rl的一端接硅光電二極管的正極，電阻Rl的另一端接地，光電二極管的負極接+5V電源，電阻R2的一端接地，電阻R2的另一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的一端與運放Al的反向輸入端相連，電阻R3的另一端與運放Al的輸出端相連，電容Cl的一端與運放Al的輸出相連，電容Cl的另一端與電容C2的一端和電阻R7的一端相連，電容C2的另一端與電阻R4的一端、運放A2的同相輸入端相連，電阻R4的另一端與電阻R5的一端接地，電阻R5的另一端與電阻R6 —端、運放A2的反向輸入端相連，電阻R6的另一端與電阻R7的另一端、電阻R8的一端、運放A2的輸出端相連，電阻R8的另一端與電阻R9的一端、電容C4的一端相連，電阻R9的另一端與電容C3的一端、運放A3的同相輸入端相連，電容C3的另一端和電阻RlO的一端接地，電阻RlO的另一端與電阻Rll的一端、運放A3的反向輸入端相連，電阻Rll的另一端與電容C4的另一端、運放A3的輸出端口相連。2.權利要求1所述的一種水下無線光學通信裝置，其特征在于，所述的光調制驅動單元的電路為:電阻R13的一端與LED的正極、驅動器MAX16832C的CS腳相連，電阻R13的另一端與驅動器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁陽，周洪亮，張振華，張宏建，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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