為了解決海洋觀測系統(tǒng)中傳感器節(jié)點與主機之間的無纜信息傳輸問題,設(shè)計了一種基于磁場耦合的低功耗水下半雙工無線通信模塊;通過線圈之間的電磁感應(yīng)進行信息傳輸,采用二進制頻移鍵控（BFSK,binary frequency shift keying）調(diào)制方式對基帶信號進行調(diào)制;選用超低功耗單片機MSP430F5338作為主控單元;通過內(nèi)部定時器的輸出模塊產(chǎn)生調(diào)制載波,在外部中斷中進行頻率切換,實現(xiàn)信號調(diào)制;采用專用解調(diào)芯片XR2211實現(xiàn)信號解調(diào);模塊由通信總線上的信號喚醒,設(shè)計了一種通過軟件檢測載波信號的方法,降低誤觸發(fā)概率;實驗結(jié)果表明,模塊在水下間隔2米時,通信成功率達到100%;該模塊實現(xiàn)方案簡單,成本和功耗較低,滿足海洋觀測系統(tǒng)中的應(yīng)用需求。 

【文章來源】：計算機測量與控制. 2020,28(10)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

磁感應(yīng)點對點通信模型

主機和從機都包含調(diào)制發(fā)送和接收解調(diào)兩部分。不同的是主機通過轉(zhuǎn)發(fā)上位機指令發(fā)起通信，而從機大部分時間處于休眠狀態(tài)，由主機喚醒并進行回復(fù)。本文主要介紹從機通信模塊的實現(xiàn)方案，通信模塊由主控、調(diào)制發(fā)送、接收解調(diào)和電源管理幾個部分構(gòu)成。我們選用TI公司的低功耗系列單片機MSP430作為節(jié)點的控制中心，通過單片機內(nèi)部的定時器實現(xiàn)調(diào)制功能。接收到的信號經(jīng)過放大濾波處理，然后通過硬件解調(diào)電路轉(zhuǎn)換成串行信號，接入單片機的串口接收端。從機模塊在大部分時間處于休眠狀態(tài)，由通信總線上的有效信號喚醒。調(diào)理電路是模塊的“看門電路”，遲滯比較器的作用是提高響應(yīng)速度，過濾噪聲干擾。信號經(jīng)過遲滯比較器變成同頻率的方波，接入單片機的比較器輸入端，觸發(fā)單片機中斷。單片機程序中進行頻率檢測判斷信號的有效性，當(dāng)通信總線上出現(xiàn)有效信號時，將從機喚醒。通信模塊整體如圖2所示。2 硬件設(shè)計

通信模塊的主控芯片選用低功耗微控制器MSP430F-5338。該芯片主時鐘可達到20 MHz，工作狀態(tài)下功耗為270μA/MHz，休眠時功耗僅有1.1μA。MSP430F5338內(nèi)部有4個16位定時器，配有多個捕獲寄存器和比較寄存器。定時器的輸出模塊支持7種輸出模式，改變計數(shù)周期就可以改變輸出信號的頻率，滿足信號調(diào)制的應(yīng)用需求。該芯片集成兩個通用串行通信接口控制器，可以用于串行信號的發(fā)送和接收。串行信號高低電平變化時，載波頻率要隨之切換。我們可以通過外部中斷實現(xiàn)頻率控制，將串口發(fā)送信號接入外部中斷輸入引腳，當(dāng)信號發(fā)生高低電平變化時，會觸發(fā)上升沿或下降沿中斷，這時我們修改定時器的計數(shù)值，改變輸出頻率。用外部中斷控制頻率變化，可以省去復(fù)雜的定時機制，同時保證調(diào)制信號的碼元寬度。單片機最小系統(tǒng)如圖3所示。2.2 接收調(diào)理電路

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3029195