本發明專利技術提出了一種面向水中機器人的水下通信裝置，包括：發射設備與第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，對串口數據進行調制得到載波信號，對載波信號的功率進行提升，并利用功率提升后的載波信號驅動發射電極，在發射電極與水之間形成發射電流回路，在發射電極的周圍形成弱電場并向外發射；接收設備，弱電場在接收設備的接收電極板之間感應出電動勢，對電動勢信號依次進行放大、濾波和解調處理，從感應電動勢信號中解調出原始的串口數據，將串口數據通過標準串行通信協議接口發送至第二水中機器人，以實現第一水中機器人和第二水中機器人之間的通信。本發明專利技術具有應用環境限制少、通信可靠性高、實時性好、通信延遲少、體積緊湊等優點。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提出了一種面向水中機器人的水下通信裝置，包括：發射設備與第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，對串口數據進行調制得到載波信號，對載波信號的功率進行提升，并利用功率提升后的載波信號驅動發射電極，在發射電極與水之間形成發射電流回路，在發射電極的周圍形成弱電場并向外發射；接收設備，弱電場在接收設備的接收電極板之間感應出電動勢，對電動勢信號依次進行放大、濾波和解調處理，從感應電動勢信號中解調出原始的串口數據，將串口數據通過標準串行通信協議接口發送至第二水中機器人，以實現第一水中機器人和第二水中機器人之間的通信。本專利技術具有應用環境限制少、通信可靠性高、實時性好、通信延遲少、體積緊湊等優點。【專利說明】面向水中機器人的水下通信裝置
本專利技術涉及水下通信
，特別涉及一種面向水中機器人的水下通信裝置。
技術介紹
目前，實現水中機器人通信有很多種方法，例如:無線電通信法、水聲通信法、光波通信法等。上述這些水下通信方法，雖然可以有效滿足一定條件下水中機器人的通信要求，但都分別存在著各自的缺陷。(I)無線電通信法:由于電磁波在水中衰減非常嚴重，導致水中機器人在水下工作時通信能力大打折扣，水下通信成為一個難題；(2)水聲通信法:當應用大范圍水域中時，存在技術復雜、通信速率低、通信延遲大、體積大等問題，由于水聲通信裝置一般體積大，技術復雜，不適合小型水中機器人；(3)光波通信法:當在小范圍水域(有限場)當中使用時，聲波反射嚴重，多徑效應難以去除，導致通信質量非常低下，該光波通信法的通信距離近、受水質影響很大，不符合水中機器人對重量、體積、應用環境等方面的性能要求。專利技術專利CN101247184B公開了一種用于水下機器人的通信轉發系統，該系統可以向水下機器人提供無纜移動通信服務，為其他水下通信節點提供信息轉發服務。但是，該專利采用的仍是水聲通信法，當應用于大范圍水域中時，存在技術復雜、通信速率低、延遲大等問題。
技術實現思路
本專利技術的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。為此，本專利技術的目的在于提出一種面向水中機器人的水下通信裝置，具有應用環境限制少、通信速率快、通信可靠性高、實時性好、通信延遲少、體積緊湊等優點。為了實現上述目的，本專利技術的實施例提供一種面向水中機器人的水下通信裝置，包括:發射設備，所述發射設備與第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，用于接收來自所述第一水中機器人的串口數據，對所述串口數據進行調制得到載波信號，對載波信號的功率進行提升，并利用功率提升后的載波信號驅動發射電極，在所述發射電極與水之間形成發射電流回路，當有電流通過所述發射電流回路時，在所述發射電極的周圍形成弱電場并向外發射;接收設備，所述發射設備產生的弱電場在所述接收設備的接收電極板之間感應出電動勢，對所述電動勢信號依次進行放大、濾波和解調處理，從所述感應電動勢信號中解調出原始的所述串口數據，將所述串口數據通過所述標準串行通信協議接口發送至所述第二水中機器人，以實現所述第一水中機器人和第二水中機器人之間的通信。進一步，所述發射設備對所述串口數據進行雙頻調制。進一步，所述發射設備，包括:第一乘法器，所述第一乘法器的輸入端與所述第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，用于將所述串口數據與所述第一水中機器人的處理器自身產生的低頻載波信號相乘；第二乘法器，所述第二乘法器的輸入端通過非門與所述第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，用于對所述串口數據取反，將取反后的串口數據與所述第一水中機器人的處理器自身產生的高頻載波信號相乘；加法器，所述加法器的輸入端與所述第一乘法器的輸出端和第二乘法器的輸出端相連，用于對所述第一乘法器和第二乘法器的輸出信號進行相加，對相加后的輸出信號進行放大，得到雙頻載波調制后信號；功率三極管，所述功率三極管的基極通過電子與所述加法器的輸出端相連，所述功率三極管的發射極接地；升壓變壓器，所述升壓變壓器的初級線圈與所述功率三極管的集電極相連，以控制所述升壓變壓器的初級線圈的電流變化；蓄電池，所述蓄電池通過電阻與所述升壓變壓器的初級線圈相連，其中，電流由所述蓄電池依次通過所述電阻、所述升壓變壓器的初級線圈和所述功率三極管，形成所述發射電流回路；發射電極板，所述發射電極板包括與所述升壓變壓器的次級線圈相連的第一電極板和第二電極板，其中，所述第一電極板和所述第二電極板間隔預設距離放置于水中，在所述發射電極板的周圍形成弱電場并向外發射。進一步，所述發射電極板的弱電場攜帶有所述雙頻載波調制后信號，其中，所述雙頻載波調制后信號包括有來自所述第一水中機器人的串口數據。進一步，所述功率三極管采用NPN型三極管。進一步，所述接收設備包括:接收電極板，所述接收電極板包括第三電極板和第四電極板，其中，所述發射設備產生的弱電場在所述第三電極板和第四電極板之間感應出電動勢；交流耦合電容，所述交流耦合電容的一端與所述第三電極板相連；放大及濾波模塊，所述放大及濾波模塊的一個輸入端與所述交流耦合電容的另一端相連，所述放大及濾波模塊的另一個輸入端與所述第四電極板相連，用于對電動勢信號進行放大及濾波處理；解調模塊，所述解調模塊的一端與所述放大及濾波模塊的輸出端相連，所述解調模塊的另一端與所述第二水中機器人的處理器的標準串行通信協議接口相連。進一步，所述解調模塊采用鎖相環。根據本專利技術實施例的面向水中機器人的水下通信裝置，通過水下電場實現的通信過程，基于標準的串口協議，在發射端對數據進行雙頻調制，在接收端對數據進行雙頻解調，可以很好的降低通信誤碼率和提高通信速率，并且本專利技術采用標準的串口通信協議，保證了整個裝置可靠性和可擴展性。由于本專利技術實施例的面向水中機器人的水下通信裝置是基于小范圍水域水下電場實現的，所以相對于傳統的水下聲學通信和光學通信裝置具有應用環境限制少、通信速率快、通信可靠性高、實時性好、通信延遲少、體積緊湊等優點，適應于有限場水域下多機器人通信當中。本專利技術可以實現水中機器人的良好控制以及完成多樣化任務。具體的，利用本專利技術的水下通信裝置，可以實現水中機器人之間可以相互通信，多機器人協作任務，從而完成單個機器人難以完成的復雜任務，進而實現了水中機器人協作，提高了協作效率。此外，本專利技術還可以實現上位機對水中機器人的控制，有效的解決水中機器人的控制，實現多水中機器人之間的相互協作，以及完成水下大容量傳感器數據的收集。本專利技術可以應用在在中小河水文監測領域，方便的控制水下監測設備完成多種檢測任務，并且操作簡單，使用安全。本專利技術附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。【附圖說明】本專利技術的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1為根據本專利技術實施例的面向水中機器人的水下通信裝置的結構框圖；圖2為根據本專利技術實施例的發射設備的結構圖；圖3為根據本專利技術實施例的接收設備的結構圖。【具體實施方式】下面詳細描述本專利技術的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。本專利技術實施例提出一種面向水中機器人本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種面向水中機器人的水下通信裝置，其特征在于，包括：發射設備，所述發射設備與第一水中機器人的標準串行通信協議接口相連，用于接收來自所述第一水中機器人的串口數據，對所述串口數據進行調制得到載波信號，對載波信號的功率進行提升，并利用功率提升后的載波信號驅動發射電極，在所述發射電極與水之間形成發射電流回路，當有電流通過所述發射電流回路時，在所述發射電極的周圍形成弱電場并向外發射；接收設備，所述發射設備產生的弱電場在所述接收設備的接收電極板之間感應出電動勢，對所述電動勢信號依次進行放大、濾波和解調處理，從所述感應電動勢信號中解調出原始的所述串口數據，將所述串口數據通過所述標準串行通信協議接口發送至所述第二水中機器人，以實現所述第一水中機器人和第二水中機器人之間的通信。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝廣明，王偉，曹發陽，熊偉，鄧涵博，周陽，王晨，范瑞峰，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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