专利名称：基于无线传感器网络的便携式水下节点装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，属于无线通信 领域。
背景技术：
由于在环境复杂多变和通信条件恶劣的水下，无法采用固定或预设的网络设施进 行通信；而水下传感器网络这种不依赖任何固定网络设施、能快速布设的网络，毫无疑问的 是对水下失踪人员进行定位搜救的最佳选择，由于水下信道的复杂多变及声波在水中的传 输特性，使得声波成为水下通信的信号首选。长期以来，水声通信使用的是模拟信号，由于波浪、鱼类、船只等产生各种噪声，都 会使水中的声场极为混乱，导致声波在水中传递同时产生多径干扰信号，使接收信号模糊 不清，工作效率和质量都要受到影响。目前的水下定位技术，大多采用GPS定位，设备构成复杂，适用于有计划的水文勘 测，导航以及大型工程作业等用途。然而考虑到水上意外情况下人员失踪的突发性以及时 间紧迫性，该GPS设备首先无法预先配备到每个船员的手中且随身携带，其次在事故发生 后也需要长时间的准备工作进行各组件的网络构建，不利于搜救工作的及时展开，此外， GPS定位设备的成本也较高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种不仅结构简单，而且便于携带、定位精度高的基 于无线传感器网络的便携式水下节点装置。为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是一种基于无线传感器网络的便携 式水下节点装置，其创新点在于包括电源模块、入水检测模块、控制模块、调制模块、功放 模块和换能器，所述电源模块分别与入水检测模块、控制模块、调制模块和功放模块电连 接，入水检测模块的输出端与控制模块的输入端电连接，控制模块的输出端与调制模块的 输入端电连接，调制模块的输出端与功放模块的输入端电连接，功放模块的输出端与换能 器电连接。在上述技术方案中，所述入水检测模块包括二极管D1和电阻民，二极管D1负极与 地电连接，电阻R3的一端与电源电连接。在上述技术方案中，所述控制模块中具有单片机，且单片机为ATMEGAU8集成芯 片，所述单片机的1脚接有电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电源电连接，单片机的20脚 同时与电阻R2的一端、复位开关S1的一端和电容C1的一端电连接，电阻&的另一端与电源 电连接，复位开关S1的另一端与电容C1的另一端同时接地，单片机的21脚和52脚同时接 电源，单片机的22脚和53脚同时接地，单片机的23脚与电容C2的一端和晶振Y1的一端电连接，单片机的M脚与电容C3的一端和晶振Y1的另一端电连接，电容C2的另一端和电容 C3的另一端同时接地。在上述技术方案中，所述调制模块包括锁相环芯片NE565、调节电阻W1、调节电阻 W2>电阻R4、电阻R5、电阻&、电阻R7、电阻&、电阻&、电阻R1(1、电容C4、电容C5、电容C6、电容 C7、电容C9和比较器AR1，调节电阻W1的一端与控制模块的输出端电连接，调节电阻W1的另 一端和电阻R4的一端分别与锁相环芯片NE565的2脚电连接，电阻&的一端与锁相环芯片 NE565的3脚电连接，电阻R4的另一端和电阻&的另一端均接地，电阻&的一端与锁相环 芯片NE565的5脚电连接，电阻&的另一端接地，电容C9的一端与锁相环芯片NE565的9 脚电连接，电容C9的另一端和锁相环芯片NE565的1脚均与电源电连接，电容C4的一端和 电容C5的一端同时与锁相环芯片NE565的7脚电连接，电容C4的另一端同时与锁相环芯片 NE565的8脚和调节电阻W2的一端电连接，电容C5的另一端、调节电阻W2的另一端和锁相 环芯片NE565的10脚同时与电源电连接，电阻R7的一端与锁相环芯片NE565的4脚电连 接，电阻&的另一端同时与电阻&的一端和电容C6的一端电连接，电阻化的另一端同时与 比较器AR1的第一输入端和电容C7的一端电连接，电容C7的另一端接地，电阻&的一端同 时与比较器AR1的第二输入端和电阻I^ltl的一端电连接，电阻&的另一端接地，电阻Rltl的另 一端和电容C6的另一端同时与比较器AIi1的输出端电连接，比较器AR1的输出端与功放模 块输入端电连接，比较器AR1的电源端与电源电连接。在上述技术方案中，所述功放模块中具有功放集成芯片且功放集成芯片为 TDA^22M集成芯片，TDA^22M集成芯片的1脚同时与换能器和电阻& 一端电连接，电阻& 另一端和电容C4 一端电连接，电容C4的另一端接地，TDA2822M集成芯片的2脚同时与电源和 电容C3的一端电连接，电容C3的另一端接地，TDA2822M集成芯片的3脚悬空，TDA2822M集成 芯片的4脚和6脚同时接j也，TDA2822M集成芯片的5脚同时与电容C1的一端和电容C2的一端 电连接，电容C2的另一端接地，TDA^22M集成芯片的8脚与电容(；的另一端电连接，TDA2822M 集成芯片的7脚同时与调制模块的输出端和电阻队的一端电连接，电阻队的另一端接地。在上述技术方案中，所述换能器为HS/T25型号。本实用新型的有益效果是采用上述结构后，由于本实用新型包括电源模块、入水 检测模块、控制模块、调制模块、功放模块和换能器，所述电源模块分别与入水检测模块、控 制模块、调制模块和功放模块电连接，入水检测模块的输出端与控制模块的输入端电连接， 控制模块的输出端与调制模块的输入端电连接，调制模块的输出端与功放模块的输入端电 连接，功放模块的输出端与换能器电连接，本实用新型是由船员随身携带，平时处于休眠状 态，当船员落水后自行进入工作状态，入水检测模块产生电信号唤醒控制模块，控制模块产 生定位信号，送至调制模块和功放模块，对该信号进行调制和功率放大，并通过换能器以水 声通信方式发射定位信号至附近的信号接收装置，信号接收装置根据接收到的信息进行处 理后以便搜救人员及时获知落水船员具体的位置信息实施搜救工作，本实用新型不仅体积 小，而且便于携带、定位精度高，此外，本实用新型生产成本低，便于大批量生产，且在水下 无充电环境中稳定工作至少48小时，保证信息的可靠传输。
以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。[0014]

图1是本实用新型的方框示意图；图2是本实用新型电源模块的电路原理图；图3是本实用新型不包括电源模块具体一种电路原理图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，一种基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，包括电源模 块1、入水检测模块2、控制模块3、调制模块4、功放模块5和换能器6，所述电源模块1分别 与入水检测模块2、控制模块3、调制模块4和功放模块5电连接，入水检测模块2的输出端 与控制模块3的输入端电连接，控制模块3的输出端与调制模块4的输入端电连接，调制模 块4的输出端与功放模块5的输入端电连接，功放模块5的输出端与换能器6电连接。如图3所示，所述入水检测模块2包括二极管D1和电阻民，二极管D1负极与地电 连接，电阻R3的一端与电源电连接。如图3所示，所述控制模块3中具有单片机3-1，且单片机3-1为ATMEGAU8集成 芯片，所述单片机3-1的1脚接有电阻R1的一端，电阻队的另一端与电源电连接，单片机 3-1的20脚同时与电阻R2的一端、复位开关S1的一端和电容C1的一端电连接，电阻&的 另一端与电源电连接，复位开关S1的另一端与电容C1的另一端同时接地，单片机3-1的21 脚和52脚同时接电源，单片机3-1的22脚和53脚同时接地，单片机3_1的23脚与电容C2 的一端和晶振Y1的一端电连接，单片机3-1的M脚与电容C3的一端和晶振Y1的另一端电 连接，电容C2的另一端和电容C3的另一端同时接地。如图3所示，所述调制模块4包括锁相环芯片NE565、调节电阻W1、调节电阻W2、电 阻R4>电阻R5>电阻R6>电阻R7>电阻R8>电阻R9>电阻R10>电容C4,电容C5,电容C6,电容C7, 电容C9和比较器AR1，调节电阻W1的一端与控制模块3的输出端电连接，调节电阻W1的另 一端和电阻R4的一端分别与锁相环芯片NE565的2脚电连接，电阻&的一端与锁相环芯片 NE565的3脚电连接，电阻R4的另一端和电阻&的另一端均接地，电阻&的一端与锁相环 芯片NE565的5脚电连接，电阻&的另一端接地，电容C9的一端与锁相环芯片NE565的9 脚电连接，电容C9的另一端和锁相环芯片NE565的1脚均与电源电连接，电容C4的一端和 电容C5的一端同时与锁相环芯片NE565的7脚电连接，电容C4的另一端同时与锁相环芯片 NE565的8脚和调节电阻W2的一端电连接，电容C5的另一端、调节电阻W2的另一端和锁相 环芯片NE565的10脚同时与电源电连接，电阻R7的一端与锁相环芯片NE565的4脚电连 接，电阻&的另一端同时与电阻&的一端和电容C6的一端电连接，电阻化的另一端同时与 比较器AR1的第一输入端和电容C7的一端电连接，电容C7的另一端接地，电阻&的一端同 时与比较器AR1的第二输入端和电阻I^ltl的一端电连接，电阻&的另一端接地，电阻Rltl的另 一端和电容C6的另一端同时与比较器AIi1的输出端电连接，比较器AR1的输出端与功放模 块5输入端电连接，比较器AR1的电源端与电源电连接。其中，采用锁相环芯片NE565调制 解调器频谱稳定，抗噪性强，可以有效地解决水声通信的信号干扰问题。如图3所示，所述功放模块5中具有功放集成芯片且功放集成芯片为TDA^22M集 成芯片，TDA^22M集成芯片的1脚同时与换能器6和电阻& 一端电连接，电阻&另一端和 电容C4 一端电连接，电容C4的另一端接地，TDA^22M集成芯片的2脚同时与电源和电容C3 的一端电连接，电容(3的另一端接地，TDA^22M集成芯片的3脚悬空，TDA^22M集成芯片的4脚和6脚同时接地，TDA^22M集成芯片的5脚同时与电容C1的一端和电容C2的一端电连 接，电容C2的另一端接地，TDA^22M集成芯片的8脚与电容C1的另一端电连接，TDA2822M 集成芯片的7脚同时与调制模块4的输出端和电阻队的一端电连接，电阻队的另一端接 地。如图3所示，所述换能器6优先选用宜昌海声科技公司生产，且型号为HS/T25的 换能器。本实用新型工作过程如图3所示，携带本实用新型的船员在无水环境中，入水 检测模块2输出端输出为高电平，此时，控制模块3的单片机3-1 WATMEGAUS集成芯片为 掉电状态，以减少整个装置的系统功耗，当船员携带本实用新型落水后，入水检测模块2利 用江水的导电性，二极管D1正极与电阻R3的另一端呈导通状态，入水检测模块2输出低电 平至控制模块3中的单片机3-1 Watmegaus集成芯片外部中断接口 PDtl,且产生中断将单 片机3-1的ATMEGAU8集成芯片从掉电状态唤醒，使得本实用新型自行进入工作状态，控制 模块3的单片机3-1输出数据信号并且送至调制模块4的输入端，调制模块4的锁相环芯 片NE565产生FSK载波，载波频率由外围电路的电容C4和调节电阻W2调节，调制模块4输 出端4脚输出调制信号，经滤波变换后输出正弦波且送至功放模块5，功放模块5的功放集 成芯片TDA^22M放大正弦波信号送至换能器6，由换能器6将电能信号转换为声能信号通 过声波方式发射定位信息至附近的信号接收装置，信号接收装置根据接收到的信息进行处 理后告知搜救船只，使得搜救船只能够获知落水船员的具体位置信息，便于搜救人员及时 进行搜救工作。
权利要求1.一种基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于包括电源模块(1)、 入水检测模块(2)、控制模块(3)、调制模块(4)、功放模块(5)和换能器(6)，所述电源模块 (1)分别与入水检测模块(2)、控制模块(3)、调制模块(4)和功放模块(5)电连接，入水检测 模块(2)的输出端与控制模块(3)的输入端电连接，控制模块(3)的输出端与调制模块(4) 的输入端电连接，调制模块(4)的输出端与功放模块(5)的输入端电连接，功放模块(5)的 输出端与换能器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于 所述入水检测模块(2)包括二极管D1和电阻R3, 二极管D1负极与地电连接，电阻R3的一端 与电源电连接。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于 所述控制模块(3)中具有单片机(3-1)，且单片机(3-1)为ATMEGAU8集成芯片，所述单片 机(3-1)的1脚接有电阻R1的一端，电阻R1的另一端与电源电连接，单片机(3-1)的20脚 同时与电阻&的一端、复位开关S1的一端和电容C1的一端电连接，电阻&的另一端与电源 电连接，复位开关S1的另一端与电容C1的另一端同时接地，单片机(3-1)的21脚和52脚 同时接电源，单片机(3-1)的22脚和53脚同时接地，单片机(3-1)的23脚与电容C2的一 端和晶振Y1的一端电连接，单片机(3-1)的M脚与电容C3的一端和晶振Y1的另一端电连 接，电容C2的另一端和电容C3的另一端同时接地。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于 所述调制模块(4)包括锁相环芯片NE565、调节电阻W1、调节电阻W2、电阻R4、电阻&、电阻 R6>电阻R7、电阻&、电阻&、电阻R1(1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C9和比较器AR1, 调节电阻巧的一端与控制模块(3)的输出端电连接，调节电阻W1的另一端和电阻R4的一 端分别与锁相环芯片NE565的2脚电连接，电阻&的一端与锁相环芯片NE565的3脚电连 接，电阻R4的另一端和电阻&的另一端均接地，电阻&的一端与锁相环芯片NE565的5脚 电连接，电阻&的另一端接地，电容C9的一端与锁相环芯片NE565的9脚电连接，电容C9的 另一端和锁相环芯片NE565的1脚均与电源电连接，电容C4的一端和电容C5的一端同时与 锁相环芯片NE565的7脚电连接，电容C4的另一端同时与锁相环芯片NE565的8脚和调节 电阻W2的一端电连接，电容C5的另一端、调节电阻W2的另一端和锁相环芯片NE565的10脚 同时与电源电连接，电阻R7的一端与锁相环芯片NE565的4脚电连接，电阻R7的另一端同 时与电阻&的一端和电容C6的一端电连接，电阻&的另一端同时与比较器AIi1的第一输入 端和电容C7的一端电连接，电容C7的另一端接地，电阻&的一端同时与比较器AR1的第二 输入端和电阻Rltl的一端电连接，电阻&的另一端接地，电阻Rltl的另一端和电容C6的另一 端同时与比较器AR1的输出端电连接，比较器AR1的输出端与功放模块(5)输入端电连接， 比较器AR1的电源端与电源电连接。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于 所述功放模块(5)中具有功放集成芯片且功放集成芯片为TDA^22M集成芯片，TDA^22M集 成芯片的1脚同时与换能器(6)和电阻& 一端电连接，电阻&另一端和电容C4 一端电连 接，电容C4的另一端接地，TDA^22M集成芯片的2脚同时与电源和电容C3的一端电连接， 电容C3的另一端接地，TDA2822M集成芯片的3脚悬空，TDA^22M集成芯片的4脚和6脚同 时接地，TDA2822M集成芯片的5脚同时与电容C1的一端和电容C2的一端电连接，电容C2的另一端接地，TDA^22M集成芯片的8脚与电容C1的另一端电连接，TDA2822M集成芯片的7 脚同时与调制模块(4)的输出端和电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其特征在于 所述换能器(6)为HS/T25型号。
专利摘要本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的便携式水下节点装置，其创新点在于包括电源模块、入水检测模块、控制模块、调制模块、功放模块和换能器，所述电源模块分别与入水检测模块、控制模块、调制模块和功放模块电连接，入水检测模块的输出端与控制模块的输入端电连接，控制模块的输出端与调制模块的输入端电连接，调制模块的输出端与功放模块的输入端电连接，功放模块的输出端与换能器电连接。本实用新型不仅结构简单，而且便于携带、定位精度高。
文档编号G01S1/72GK201917657SQ201020679728
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月26日 优先权日2010年12月26日
发明者刘宴佳, 张瑞, 江冰, 胡钢 申请人:河海大学常州校区