水下无线多点通信系统研究

从图2可以看出，上位机控制系统通过主节点完成对无线传感网络的控制。系统控制核心为凌阳SPCE061A微处理器。它是凌阳科技推出的一款16位结构的微控制器。其功耗小，系统处于备用状态(睡眠状态)时的耗电仅为2μA／3．6 V；内置2 KWorldSRAM和32 KWord的FLASH；2个16位可编程定时器／计数器；2个10位数／模转换(DAC)输出通道；2个16位通用可编程输入／输出端口IOA和IOB；丰富的中断资源：定时器A／B中断、时基中断、2个外部中断以及触键唤醒中断；7通道1O位电压模／数转换器(ADC)和单通道声音模／数转换器；通用异步串行输入／输出接口UART；可通过锁相环PLL振荡器选择系统时钟信号；低电压复位功能和低电压检测功能；WatchDog功能等。与其他单片机相比，SPCE061A是一款资源丰富、功能强大、集成度高的微控制器，采用此款单片机作为该系统的微控制器具有较高的性价比。

2．2 软件工作流程

主节点初始化后，系统常态处于等待接收PC机发送已准备好的信息或其他监控命令，收到数据后调用发送程序把收到的信息加上同步头向相应的分节点发送。其软件流程如图3所示。

在收到PC的信息后，MCU首先将信息存储，当所有的数据都接收完以后，将数据打包并按跳频图案发送，在经过信号调理模块的处理之后最后通过换能器将信号发送出去。

2．3 节点电源系统

系统中用到了MCU、运算放大器和多种IC电路，因此需要5路稳压电源。电压幅度的跨度从直流-12～12 V．输出给各路负载的电流参差不齐，所以电源系统的设计对于节点稳定工作起着重要的作用。在这里为了实现单电源为系统供电，所以要实现电压的转换。实现电压转换功能的电路有两大类，一类是开关型稳压电路，它利用自激励或他激励方法产生高频开关电流，用非线性储能元件(如电感)再次转换成直流，这类转换可以分为升压型的、降压型的和隔离型的。早先是用分立元件实现DC／DC电压转换，目前已经有各种性能较好的专用IC来完成电路的控制和转换功能。另一类是线性稳压电路，现在已经发展到LDo(LowDrop Outregulator)，LDO是一种低压差线性稳压器。线性稳压器使用晶体管或FET运行在其线性区域内，从输人电压中减去超额部分的电压，其压差由晶体管的管压降分担，从而产生经过调节后的额定输出电压。根据以上所述要实现单电源供电不紧需要升降电压还需要实现正负电压的转换，如果电源转换全部采用开关电源实现，将得到很高的效率，但也使高频电磁波的干扰增大。同时考虑到系统对电流的要求，在这里采用开关电源和线性稳压电源相混合的结构。其中小电流负载的转换采用线性稳压和LDO实现，正负电压和大电流负载的转换采用开关电源实现。电源系统框图如图4所示。

3 系统管理程序设计

PC机和主节点之间的通信是通过RS 232串口实现的，通信波特率9 600 b／s，为了能够同计算机接口和终端的TTL器件链接，必需进行电平和逻辑关系的变换，采用MAX 232芯片就可以实现TTL到EIA双向电平转换。PC机主控系统实现对主节点的控制和传感信息的获取、显示。所以主控系统界面应当包括节点的控制面板、显示窗口两大部分，如图5所示。

控制面板中给出了要发送信息的节点号的选择，在输入节点号之后，按下发送按钮主控系统就会通过主节点向相应的节点发送信息。节点在收到信息后执行相应的指令并反馈信息给PC。

4 结 语

这里介绍以高性能16位单片机为控制核心，采用跳频通信的方式实现水下多点通信系统。该系统具有传输数据可靠、界面友好、可扩展性强。在水池试验中取得了满意的效果。