實驗名稱：基于多通道接收和發(fā)射的水聲通信機

　　研究方向：水聲通信

　　測試設備：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：實驗原理

　　一、發(fā)射機的雙通道發(fā)送實驗：

　　實驗過程：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?？梢酝ㄟ^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，來產(chǎn)生實際的12kHz正弦波波形。該模擬波形再經(jīng)過ATA-ML180水聲率放大器模塊與阻抗匹配網(wǎng)絡放大，最終在水聲換能器中轉(zhuǎn)化成聲音信號。把發(fā)射機通道1和通道2同時連接到水聲換能器，再用示波器分別觀察兩個通道的輸出信號，以驗證雙通道發(fā)射的功能并測量最大功率。

圖：發(fā)射機雙通道輸出信號結(jié)果圖

　　二、接收機通道增益測試：

　　實驗過程：設置信號發(fā)生器分別輸出9kHz、12kHz及15kHz的正弦波信號且峰峰值都為10mVpp。同時將接收增益設置為4dB，再分別測量這三個頻點的輸出信號的峰峰值和頻率。

　　實驗結(jié)果：當接收機的接收通道放大倍數(shù)保持不變時，分別讓輸入信號的頻率為9kHz、12kHz及15kHz，其輸出結(jié)果可見下圖5-6。對示波器所顯示的數(shù)據(jù)進行觀察接收機的輸出信號分別為9kHz下728mVpp12kHz下928mVpp及15kHz下840mVpp。它們相應的增益分別為37.24dB、39.35dB和38.48dB，帶內(nèi)增益波動小于3dB，滿足設計要求。

圖：接收機的輸出信號結(jié)果圖

　　三、接收機的八通道采集數(shù)據(jù)實驗：

　　實驗過程：為了驗證接收機八通道采集數(shù)據(jù)的功能，首先讓信號發(fā)生器輸出頻率為12kHz的正弦波，并將輸出連接至接收機的八個通道。隨后，接收機將模擬波形變換為16位寬度的數(shù)字數(shù)據(jù)。此時，設置接收機的采樣率為96kHz，其對12kHz的正弦波進行采樣，每個周期8個點。這些數(shù)據(jù)被FPGA所采集，F(xiàn)PGA再通過串口把八個通道的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上。最后，借助Matlab軟件對八個通道數(shù)據(jù)進行畫圖并分析，進而驗證接收機八通道采集數(shù)據(jù)的功能。

　　實驗結(jié)果：通道1數(shù)據(jù)見圖5-8a)，該據(jù)形顯為正每個周期的點數(shù)為8個點。至于接收機的八通道同步采樣數(shù)據(jù)如圖5-8b)所示，可以看到八個通道的波形都為正弦波，波形非常相似，且頻率都為12kHz，符合實驗結(jié)果。因此，接收機是支持八通道同步采樣的功能。

　　四、水聲通信機功耗測試：

　　實驗過程：將水聲通信機接入24V的直流電壓。且讓水聲通信機處于不同模式下，分別記錄直流電源儀器上的電流和功耗大小。

　　實驗結(jié)果：水聲通信機在進入值班模式后，分別對兩級測電路進行測量如圖5-10a)所示，第一級檢測電路的功耗為96mW。如圖5-10b)所示，第二級檢測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法顯示。因此采用電流表進行測量。其電流值見圖5-10e)，為075mA，將其乘以輸入電壓24V可得功耗大小為18mW。因此，第二級檢測電路的功耗約為第一級的五分之一，進而驗證二級值班電路的低功耗優(yōu)勢。

　　2、水聲通信機在進入發(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、水聲通信機在進入接收模式后。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量結(jié)果中，可知二級值班電路的功耗非常低，低至18mW，僅約為一級值班電路的五分之一，可以很好地滿足低功耗設計的要求。至于發(fā)射機和接收機的功耗，可以采取優(yōu)化控制和切換等方式進行減小。

　　安泰ATA-ML100系列水聲功率放大器模塊：

圖：ATA-ML系列水聲功率放大器模塊指標參數(shù)

　　本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。