摘要：跟着水声通讯技能的快速开展，水声遥控体系也已投入运用，它在水下通讯、遥测及水下飞行器的操控等方面有着宽广的运用远景。该规划依据微功耗单片机MSP430F169作为处理器规划路以便完结不同频率信号的发生、挑选及显现，并选用D类功放对所发生的信号进行功率扩大。体系软件依据所规划的电路进行移频编程，依据MFSK调制的基本原理，经过选用增加维护时刻反抗码间搅扰的编码方案，完结不同遥控信号的发生、操控及显现。
作为水声通讯技能的一种运用，水声遥控技能的开展与水声通讯技能休戚相关。近年来，PSK以及MPSK、DPSK(相移差键控)等被用于高通讯速率场合中的信道编码，已成为当时水声通讯范畴的首要研讨方向之一，被国外许多体系运用。水声通讯技能近年因由非相干通讯向相干通讯的方向开展，而且跟着数字电路及信号处理芯片核算才干的进步，水声通讯体系的调制办法、信号处理办法等都逐步选用各种高端杂乱的技能，比方自习惯均衡技能、空间调制技能、分集接纳技能、盲均衡技能等。近二十年来，水声遥控技能也得到了敏捷的开展。我国现已能够以200～400 bit/s的速率在2 kHz带宽内利用时延编码和实时信道标校技能完结水声信号数字传输，它的特点是中低速率，沿水平方向中等效果距离的低误码率。
水声遥控体系首要向着以下几个方向开展：1)灵活性好，体系能够习惯海湾、河流入海口等近海混浊区域和深海远洋海域。2)体积变小，体系体积小、重量轻，便于带着，有利于产品的运用和推行。3)牢靠性高，体系能够精确的完结遥控指令信号的传送、接纳和判定。关于需求长时刻在水下作业的系缔，超低功耗已也成为水声遥控体系的重要研讨研讨方向，本规划选用超低功耗的MSP430F169的单片机进行规划，使体系作业时刻增加，减少了因为替换电池而带来的人力物力的糟蹋;选用编码调制信号而且能够进步体系功用的牢靠性。
1 体系总体规划
遥控发射体系硬件部分由信号发生电路，D类功放电路等组成;信号发生电路首要选用以MSP430F169为中心的最小体系电路，MSP430F 169最小体系首要由主控MCU、电源、复位电路、时钟电路、JTAG调试电路等模块组成。电源模块为MCU及各外围模块供给电源，时钟模块为MCU供给时钟源，JTAG接口用于单片机的程序调试和仿真。D类(丁类)功率扩大器也称数字功放，它是用音频信号的崎岖去线性调制高频脉冲的宽度，与模仿功放的首要不同在于功率管的作业状况，它选用PWM(脉宽调制)原理规划，功率管作业在开关状况。
2 MSP430最小体系电路规划
MSP4301F16x系列是TI的MSP430F1x系列(FLASH存储器型)单片机中功用最强壮的子系列。MSP430F16x具有更大的程序和数据存储区、更多的外围模块，其片内乃至还包含一个硬件乘法器。与此一起该系列单片机的开发工具简洁，内置DMA和D/A转化模块，其具有丰厚的片内外围，性价比极高，所以本标题选用这个类型作为微处理器。
MSP430F16x系列是超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它选用“冯-纽曼”结构，RAM、ROM和悉数外围模块均坐落同一个地址空间内。它的体系结构由五种低功耗形式组成，最优化下降了体系功耗。MSP430x15x/16x/161x系列处理器片内有二个固定16位定时器、8路快速的12位A/D转化器、双路8/12位D/A转化器、两个通用接连同步/非同步通讯接口(USART)、I2C、DMA。
2.1 电源电路
关于MSP430F169最小体系来说，MSP430F169及其部分外围模块需求3.3V电源，其他模块则需求5V电源。为了给体系供电便当，能够运用电源转化芯片将5V电压转化成3.3V电压。规划选用芯片AMS117—3.3来进行DC—DC电压转化，其间，三个电容用来进行稳压滤波，使得体系电源安稳，用LED用来指示电源状况。
2.2 晶振电路
单片机MSP430F169的时钟模块有数字操控振荡器DCO、低速晶体振荡器、高速晶体振荡器3个时钟源，这些时钟模块可发生MCLK(主体系时钟)、SMCLK(子体系时钟)和ACLK(辅佐时钟)3种不同频率的时钟，体系能够经过软件依据详细需求来挑选不同的时钟以满意不同模块的需求。数字操控振荡器DCO，集成在MSP430F169内部。当外部振荡器失效时，体系会主动挑选DCO振荡器为MCLK时钟源。高速晶体振荡器XT2可外接450 kHz-8 MHz的晶体振荡器。
2.3 复位电路
微操控器正常作业时该引脚将处于高电平才干正常作业。在体系中，复位电路首要完结体系的上电复位和体系在运行时用户的按键复位，复位电路可由简略的RC电路构成，也可运用其的相对较杂乱，但功用更完善的电路。在这里选用简略的由电阻、%&&&&&%、二极管构成的RC复位电路。经运用证明，其复位逻辑是牢靠的。
2.4 JTAG电路
MSP430F169具有60KB可电擦写的FLASH存储器和JTAG调试接口，可先将编译好的程序经过JTAG接口下载到FLASH内，然后经过JTAG接口进行程序操控，读取片内CPU状况及存储器内容等为规划者调试供给便当，整个编译、调试进程均在同一个软件集成环境中进行，不需求专门的仿真器和编译器，这种JTAG调试、FLASH技能和集成开发环境相结合的开发办法，具有有用、快捷、价格便宜等长处。
2.5 键盘操控及数码管显现电路
关于本次规划，需求对体系进行操控使其发生不同的信号，并显现发生的信号，这就需求用到键盘和LED显现。本规划要发生6个信号，为了使规划便当，简化电路，选用独立按键式键盘。这种键盘是直接用MSP430的I/O端口线构成单个的按键电路，每个按键独立的占用一根I/O线，每个按键的作业状况彼此独立，不受其他I/O线的影响。关于显现部分，选用七段数码管即可完结。
3 D类功放电路
由MSP430F169直接发生的信号的功率很小，信号需求经功率扩大后发出去，以确保能够传输满意远的距离，这就离不开功率扩大器。
功放电路规划选用LM353对信号经行扩大和反相，经过比较器LF395进行信号进行比较发生方波驱动功放管，一起对导通时刻进行操控，防止了两只功率管一起导通焚毁电路的状况呈现。关于功率的扩大选用VMOS管IRFP250来完结，用变压器完结功率的组成及电路匹配。
4 体系的软件完结
4.1 编码规划
海洋中存在的很多不定要素使水声信道变得反常杂乱。随机崎岖的海面与地况不明的海底;海水中存在的很多的鱼群、浮游生物、气泡层、涡流、层流、不同温度的水团;跟着温度、盐度、深度等不断改变的声波传达速度;各种风雨、波涛、生物与传达噪声等均对声波在海水中的传达有巨大影响，因而，关于水下声信号的传达的研讨面对巨大的困难。
水声遥控信号在水中传达，遭到水声信道特性的影响，会发生必定的搅扰，乃至会呈现信号畸变，为了处理这一问题，接合水声信道的特性，常用的两种非相干的信号调制办法频移键控(FSK)、多进制数字频率调制(MFSK)。MFSK是FSK的多进制调制办法，与FSK比较它有较高的传信率，适用于高速传输的体系，可是其信道利用率下降。本次规划选用MFSK调制办法进行编码，可是为了下降搅扰，反抗水声信道的多途效应，在信号之间增加了必定的码元维护时刻，很便当有效地处理了这一问题。
关于本次规划，要求体系作业频率为25～35 kHz，脉冲宽度为1 ms，脉冲距离为100 ms，在作业频率范围内挑选3个不同的频率进行编码。
编码规矩如下：
1)选用3个频率的正弦波信号f1=26 kHz，f2=30 kHz，f3=34 kHz，一种频率在一个指令码中只呈现一次，以便于多种状况下精确辨认码元的填充频率，下降误码率，经过不同频率的码元的次序来分辩不同的信号;
2)单个码元继续时刻为1ms，码元距离为100 ms;
3)关于3个频率的编码信号，每次只需发射两个填充不同频率的码元即完结信号的辨认。
遥控分体系的作业频率分别为：f1=26 kHz，f2=30 kHz，f3=34 kHz
当航模的运动速度为v时，接纳到的信号的多普勒频移最大为：
当航模的运动速度为5 m/s是，多普勒频移为0.23 kHz，远小于这4个频率的最小距离(4 kHz)，不影响遥控数据的解码。
经过单片机MSP430F169内部的DMA和D/A来发生不同频率的正弦波信号。关于本次规划体系要求的三种不同频率的信号，需求分别对它们进行采样，采样的点数需求依据体系时钟频率及DMA操控器像DAC12传输数据的速率来决议。关于数据的采样，可在码元继续时刻内对一切周期进行采样，DMA操控器能够依照必定的频率接连不断地将这些采样数据传输到DAC12模块，经DAC12转化输出对应的正弦波形。DMA操控器传输数据不需求CPU的参加，CPU可独立于各种低功耗形式。可是需求留意，DMA操控器的传输速度要比DAC12处理数据的速度快，所以当运用DMA操控器的时分，应防止DMA操控器和DAC12操作不一致。
4.2 键盘扫描及数码管显现
规划选用的按键经过机械触点的闭合与断开来操控输入点信号的发生。因为机械触点的弹性效果使得它在断开或闭合的瞬间会发生颤动，进而使发生的电压波形如图4所示。
为了确保体系对一次按键按下只作一次处理，需求采纳办法消除颤动的影响。关于这个问题，一般选用软件办法去颤动，在编程进程中，当判别有键按下时参加必定时刻的延时子程序，然后再次承认按键是否被按下。假如再次承认的成果依然处于被按下的状况，则再做该键按下的相应处理，这样就能够避开颤动的时刻段，消除颤动影响。
关于数码管静态显现，数码管每一位的字选线与一个8位端口相连，只需在该位的字选线上呈现字形码，就能够显现出相应的字符。一般显现程序并不直接将段码赋值给对应端口，而是树立一张段码表，显现时以所要显现的数字为索引查询这张表格。
4.3 体系编程
关于本体系来说，其程序框图如图5所示，依据框图完结体系编程。经过对键盘进行扫描，来判别是否有按键按下以及按下的按键是第几个，假如按键按下，依据所按的按键来输出相应的信号并进行显现。不同频率的信号其采样点不同，关于26kHz、30 kHz、34 kHz的信号，它们的采样点分别为一周期内22个、20个、19个，当有按键按下时，DMA向DAC12传输相应的采样数据，发生所要求的信号。此外，在体系初始化时要敞开8 MHz晶振。
5 体系调试
体系要求两个填充不同频率的脉冲之间的距离为100 ms，脉冲宽度为1ms。将编写的程序编译下载到MSP430F169，给体系上电，MSP430F 169输出端的波形如图6(a)所示，不同的遥控信号在示波器中的显现状况是相同的，再次不一一列举。图中示波器时刻单位为50 ms，两脉冲距离为100μs，满意规划要求。图6(b)、(c)、(d)所示为MSP430F169发生的不同频率的脉冲信号。图中示波器的时刻单位为200μs，脉冲信号的脉宽为1 ms，满意规划要求。
6 定论
该规划首要从MFSK编码的基本原理下手，选用比较常用的MSP430F169微功耗单片机作为处理器，进行水声遥控发射体系的理论研讨及软硬件完结。电路经调试编程后能够精确的完结不同信号的发生、挑选及显现。在水池试验里，对相应的接纳设备进行操控，操作简略，误码率小，达到了预期方针。
