實(shí)驗(yàn)名稱：基于多通道接收和發(fā)射的水聲通信機(jī)

研究方向：水聲通信

測(cè)試設(shè)備：數(shù)模轉(zhuǎn)化器、ATA-ML180水聲功率放大器模塊、示波器、接收換能器、發(fā)射換能器等。

圖：實(shí)驗(yàn)原理

一、發(fā)射機(jī)的雙通道發(fā)送實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：利用Matlab軟件生成波形數(shù)據(jù)，即產(chǎn)生16位寬度的12kH正弦波的波形數(shù)據(jù)，接著把該波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成mif文件。可以通過(guò)FPGA序利用mif文件將波形數(shù)據(jù)輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC8814中，來(lái)產(chǎn)生實(shí)際的12kHz正弦波波形。該模擬波形再經(jīng)過(guò)ATA-ML180水聲率放大器模塊與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)放大，最終在水聲換能器中轉(zhuǎn)化成聲音信號(hào)。把發(fā)射機(jī)通道1和通道2同時(shí)連接到水聲換能器，再用示波器分別觀察兩個(gè)通道的輸出信號(hào)，以驗(yàn)證雙通道發(fā)射的功能并測(cè)量最大功率。

圖：發(fā)射機(jī)雙通道輸出信號(hào)結(jié)果圖

二、接收機(jī)通道增益測(cè)試：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：設(shè)置信號(hào)發(fā)生器分別輸出9kHz、12kHz及15kHz的正弦波信號(hào)且峰峰值都為10mVpp。同時(shí)將接收增益設(shè)置為4dB，再分別測(cè)量這三個(gè)頻點(diǎn)的輸出信號(hào)的峰峰值和頻率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)接收機(jī)的接收通道放大倍數(shù)保持不變時(shí)，分別讓輸入信號(hào)的頻率為9kHz、12kHz及15kHz，其輸出結(jié)果可見(jiàn)下圖5-6。對(duì)示波器所顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察接收機(jī)的輸出信號(hào)分別為9kHz下728mVpp12kHz下928mVpp及15kHz下840mVpp。它們相應(yīng)的增益分別為37.24dB、39.35dB和38.48dB，帶內(nèi)增益波動(dòng)小于3dB，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖：接收機(jī)的輸出信號(hào)結(jié)果圖

三、接收機(jī)的八通道采集數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：為了驗(yàn)證接收機(jī)八通道采集數(shù)據(jù)的功能，首先讓信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為12kHz的正弦波，并將輸出連接至接收機(jī)的八個(gè)通道。隨后，接收機(jī)將模擬波形變換為16位寬度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。此時(shí)，設(shè)置接收機(jī)的采樣率為96kHz，其對(duì)12kHz的正弦波進(jìn)行采樣，每個(gè)周期8個(gè)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)被FPGA所采集，F(xiàn)PGA再通過(guò)串口把八個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">電腦上。最后，借助Matlab軟件對(duì)八個(gè)通道數(shù)據(jù)進(jìn)行畫圖并分析，進(jìn)而驗(yàn)證接收機(jī)八通道采集數(shù)據(jù)的功能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通道1數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5-8a)，該據(jù)形顯為正每個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)為8個(gè)點(diǎn)。至于接收機(jī)的八通道同步采樣數(shù)據(jù)如圖5-8b)所示，可以看到八個(gè)通道的波形都為正弦波，波形非常相似，且頻率都為12kHz，符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，接收機(jī)是支持八通道同步采樣的功能。

四、水聲通信機(jī)功耗測(cè)試：

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將水聲通信機(jī)接入24V的直流電壓。且讓水聲通信機(jī)處于不同模式下，分別記錄直流電源儀器上的電流和功耗大小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：水聲通信機(jī)在進(jìn)入值班模式后，分別對(duì)兩級(jí)測(cè)電路進(jìn)行測(cè)量如圖5-10a)所示，第一級(jí)檢測(cè)電路的功耗為96mW。如圖5-10b)所示，第二級(jí)檢測(cè)電路的輸出功率顯示為0mW，這是由于輸出電流小于1mA，致使直流電源的輸出功率無(wú)法顯示。因此采用電流表進(jìn)行測(cè)量。其電流值見(jiàn)圖5-10e)，為075mA，將其乘以輸入電壓24V可得功耗大小為18mW。因此，第二級(jí)檢測(cè)電路的功耗約為第一級(jí)的五分之一，進(jìn)而驗(yàn)證二級(jí)值班電路的低功耗優(yōu)勢(shì)。

2、水聲通信機(jī)在進(jìn)入發(fā)送模式后。如圖5-10c)所示，輸出電流為0.111A，功耗大小為2.664W。

3、水聲通信機(jī)在進(jìn)入接收模式后。如圖5-10d)所示，輸出電流為0.208A，功耗大小為4.992W。

綜上，從電源儀器和電流表的測(cè)量結(jié)果中，可知二級(jí)值班電路的功耗非常低，低至18mW，僅約為一級(jí)值班電路的五分之一，可以很好地滿足低功耗設(shè)計(jì)的要求。至于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的功耗，可以采取優(yōu)化控制和切換等方式進(jìn)行減小。

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審核編輯黃宇