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                                                                   水下可见光通信系统


项目背景:

水下无线传感器网络被广泛运用于水下环境监测、水下探测等领域,水下无线通信技术作为其关键技术具有重要意义。水声通信技术是目前发展最为成熟的水下通信技术,可做到通信距离远、通信可靠性高。但是由于受到传播速度及带宽影响,水声通信技术在长距离通信中存在低传输速率和高传输延迟的问题。电磁波在水下的衰减非常快,导致其他传统的无线通信技术如无线电通信技术和红外通信技术在水下很难得以实现。水下可见光通信技术相比于上述两种水下无线通信方式,能做到较高的传输速率和带宽,而且系统的体积和能耗小、通信保密性好。

水下可见光通信平台:

       采用ARM+FPGA架构,ARM端实现数据收发控制与存储,FPGA端实现信道编码与同步,模拟电路部分包括LED驱动电路和光电接收、放大、ADC电路。

         

                                            1.系统框图

      ARM端可做喷泉码、检错重发等差错控制协议,同时也实现对航行器的运动控制功能。 FPGA端实现对可见光数据信号的信道编码、位同步、帧同步等功能。

   

水下航行器及水下节点平台:

       无人水下航行器(Remote Operated VehicleROV)设计为双舱六推进器结构,包括控制设备舱和电池舱,四只水平推进器,两只垂直推进器。ROV总长约630mm,宽350mm,高 350mm。推进器为 2212 直流无刷电机,螺旋桨为 5 叶导管桨,桨叶外径 65mm。密封舱采用亚克力材质,框架主要采用 PP 材质,异形结构和推进器采用 PLA 3D 打印。ROV 控制电路采用开源硬件平台 Arduino MEGA 2560Arduino端与ARM主控机通过串口进行通信。

       水下航行器通过实验室开发的水声通信机与陆地主机进行通信。

                               

图2.水下航行器及水下节点




平台功能:

       目前该硬件平台可实现水下2Mbps的可见光通信,可靠通信距离可达10m,基于可见光通信可进行水下图片、视频的实时传输,基于水声通信实现水下航行器控制指令传输。


项目成果:

       项目获得第十四届中国研究生电子设计竞赛华南赛区一等奖,已申请并公开两个国家发明专利。