msp430g2553单片机水下无线光通信系统的接收机设计+源程序(3)
图2.1设计思路
由于水下背景光噪声以及信道对光信号的吸收、散射等作用产生多经效应等影响，光信号被接收时能量衰减严重，且从接收机角度分析，其各个核心部分都会引入各种噪声，所以设计过程中需要考虑减小电路噪声影响以及放大接收信号的问题。因为越多的硬件电路越容易引发噪声，因此须采用简单有效的硬件电路完成信号采集及放大。并且本次的设计目标是低功耗、小型化及长寿命，因此各个模块选用芯片时需考虑使其工作电压小，体积小，可长时间使用的特点。
对光信号的采集使用光电探测器，作为信号采集模块必须满足响应速率高于信号频率，才能做到准确的信号输入。
光电探测器能够将光信号转换为电流信号，因此需要电流-电压转换模块以便于对信号的处理。电流-电压转换模块设计时应使转换电路的带宽大于信号的输入频率范围，才能保证转换后的信号没有失真。
滤波电路是去除干扰信号的关键模块，为了获得有效的信号，应分析有效信号与噪声各自的频率范围，确定电路的截止频率，选取合适的滤波电路，做到滤除噪声而不影响有效信号的传输。
由于转换电路以及滤波电路的输入输出信号均是微弱信号，因此需要放大电路将微弱信号放大，便于信号的后续处理。放大电路的设计须考虑到放大倍数以及信号传输速率，放大倍数由经过计算后的前置电路输出电压和后续电路应输入的电压决定，传输速率则由前置电路的带宽决定。
经过放大电路后的信号仍为模拟信号，为了便于信号的分析显示，应将模拟信号转换为数字信号。对于信号的模/数转换，可以采用单片机msp430G253完成，MSP430单片机具有低功耗，高运算能力，工作环境温度要求低，可进行A/D转换和多种通信接口方式的优点，且其编程方式为C语言编程，其编程逻辑性好，理解容易。并且采用单片机没有硬件电路存在的噪声引入，提高系统的准确性。
3 光通信接收机系统硬件的设计与实现
3.1 光电探测器的选择
光电探测器的工作原理是基于光电效应的光电探测，其区别于光子探测器的最大特点是光电探测器无选择对光辐射波长进行采集。在本次设计中，光电探测器必须和辐射信号源级光学系统在光谱特性上想匹配，这就要我们考虑通信光源的选择。
用于传输的光波中，红外波长通常应用于光纤系统，其衰减显著，并受到其他环境因素的影响，而蓝绿光的吸收和散射小，具有较高的理论带宽，波长在400nm—500nm（蓝绿色）的光在水下的衰减很小，所以蓝绿波长在水下环境中更为适用，因此水下通信光源选蓝绿色光作为通信媒介[5]。
在确定了光源的波长后，进行光电探测器的选择,微光信号检测实际就是一个将光功率转换为光电流的过程[6]。常用的光电探测器包括：光敏电阻、光闸流管、光电晶体管、光电倍增管、光电二极管[7]。
3.1.1光敏电阻
光敏电阻是光电导体的一种，在光照下时，其阻值呈线性变化，最小可到几百欧姆。光敏电阻通常需要超过1毫秒的时间响应光的存在，且在光信号消失后需要几秒钟时间恢复在黑暗时的阻值，对于要求实时传输的光信号来说太慢了。
3.1.2光闸流管
光闸流管是一种改良过的二极管，光闸流管有三分之一的引线（栅极），用于控制是否导通电流。在开始导通闸流管前，栅极必须是正电压且有充足电流。在激活闸流管后，栅极无输出，只有在电路电源关闭或负极比正极电压高时，才能关闭闸流管，这种特性不适用于光通信。
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