宽带低功耗水声应答器的设计与实现

发布时间：2020-05-04 23:30

【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。
【图文】：

级放大电路带通滤波电路水声换能器 数字处理单元图 2.2 模拟接收电路整体框图2.2.1 模拟接收电路增益设计由于模拟接收电路的性能直接影响后续数字电路对信号判别的准确性，因此设计模拟接收电路时需要综合考虑模拟接收电路的增益、噪声和功耗。模拟接收电路的增益与水声换能器接收灵敏度、询问信号声源级、应答器检测信号最小幅值以及声传播损失有关。本文设计应答器的作用距离为 6000m，根据传播损失公式（2-1）计算传播损失：TL = 10 K lgr + αr(2-1)上式中TL 为传播损失，单位为dB。K 为几何扩展类型。α 海水吸声系数，单位分

11 反相比例运算放大电路原理o 的比例关系如公式（2-9）12o iRU UR= 使用ANALOG DEVICES公芯片具有极低的电源电流，需频段的信号，在模拟接收号的信噪比，从而提高检测、通频带和放大倍数会随负载路不符合应答器系统需求。因此在设计应答器系统时采用
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB565

【参考文献】

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本文编号：2649148