msp430g2553单片机水下无线光通信系统的接收机设计+源程序(2)
无线水下通信包括了水下声通信、光通信以及水下电磁波通信。由于声音传播的纵波特性，在水中传播的各种波中，衰减最小，因此目前水声技术是最成熟的水下通信技术。但是声音在水中的传输速率极低（仅有光速的二十分之一），且声音在水中传播时散射、传输的损耗、能耗量以及回波干扰等使水声设备的研制非常困难[1]。对于易在水中传播的电磁波而言，趋肤效应在良导体中效果扩大，严重影响其在水中的传输。且电磁波在有电阻导体中的穿透深度与其波长直接相关，长波比短波穿透更深。但即使是超长波通信，穿透海水的深度也很有限，仅能传播80米，更关键是这类系统耗资大，传输率低，易受到干扰和破坏，不适合做成网络型通信系统[2]。相比水下声通信及水下电磁波通信，水下光通信存在以下几点优势：1、光波频率高，承载能力强，可以组建大容量无线通讯链路；2、光波在水中的传输速率可以达到上千兆；3、抗电磁干扰能力强，水温和盐度对其影响不大；4、波束具有较好的方向性；5、由于近年来半导体光源技术的突破，可见光谱光电器件具有体积小，价格低，效率高等优势。虽然水下光通信存在以上优点，其缺点也是无法忽视的，1、光损耗：在忽略海水的扰动和热晕效应情况下，光在海水中的衰减主要是因为光的吸收和散射；2、光束扩散：传输过程中，经光源发出的光束在垂直方向上发生的横向扩展；3多径散射，即海水中传输的光束在散射粒子的作用下而偏离光轴，而经过多次散射后，部分光子重新回到光轴，形成了多次散射，与粒子浓度与辐照体积大小有关，存在复杂性，无法得到精确的数学关系式。正是这些无法忽略的问题，才需要我们加以研究，来设计出更好更精确的水下光通信系统。借鉴已有的研究成果，我们可以找到解决其问题的两种普遍方法：1、增加信噪比，即增大发射功率、降低接受设备噪声、选择好的调制制度和解调方法、加强天线的方向性；2、采用信道编码，即增加差错控制功能[3]。
由于各种原因，国内在水下光学信道的光学特性研究的基础较薄弱，我们所开展的研究也很有限。1988年由于对海洋的开发，对绿激光探潜和蓝绿激光对水下通信的技术论证也从此展开[4]。由于有国外资料参考，国内的研究起点较高，但较晚的起步使得对海水中传输的研究较少，还处于较低的水平。对此，水下无限光通信也具有很高的研究空间及意义。
1.2 论文的主要内容
本论文中主要介绍了一种无线光通信系统的接收机设计，本次设计区别于当前高速高精度光通信设计理念，目的是构建一个低功耗的网络化光通信系统，因此在设计时应满足尽可能少的硬件电路以及低传输速率、低电压和长寿命的要求。将设计完成的单个接收机作为节点可形成网络化无线光通信系统。通过计算等方式，阐明了所选用器件的选用原因，硬件电路设计过程，单片机msp430的简略介绍以及本次设计中进行的单片机的软件设计，包括A/D转换部分、中断部分以及串口通信部分，是一个完整的光通信接收系统。设计中还有些许欠缺及为完成部分，在文章最后也已列出，且说明了自己的想法。最后测试时因为时间以及密封没有完成，因此没有进行水下测试。本论文大体的结构由绪论、系统的总体设计方案、硬件电路设计（包括元件选用、电路选择）、单片机msp430的寄存器介绍和软件开发、测试结果描述以及分析组成。
2 整体设计方案
首先由本次设计要求光电探测器的选择，光电转换电路的设计，电流电压转换电路设计，低噪声放大器设计，主放大电路设计，滤波电路设计以及信源信宿的选择，完成接收部分的整体设计并进行实验验证，根据设计要求所要求的信息基本确定系统的工作流程，其基本设计示意图2.1如下：
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