水下无线光通信的光源选择及驱动电路设计(2)
4.1MSP430G2553单片机简介.10
4.1.1MSP430的低功耗性及其他特点.10
4.1.2MSP430G2553外围模块.10
4.2定时器A模块.11
4.2.1Timer_A定时/计数器的主计数器模块结构和原理.11
4.2.2Timer_A定时/计数器比较模块.13
4.2.3PWM输出的实现.14
4.2.4定时器A0中断产生14
4.3CCS软件开发环境.16
4.3程序设计18
4.3.1A/D转换程序.18
4.3.2中断程序.19
5系统仿真与实验19
5.1仿真测试19
5.2电路实际搭建及运行成果20
结论22
致谢23
参考文献24
1 绪论1.1 研究背景地球上的水资源很多，占领着百分之七十的面积，但我们对海洋的开发远远不如地面，因此开发海洋资源是迫在眉睫的。各国对海洋的开发与保护意识都在提升，海洋的战略意义也与日俱增。 人类对海洋的挑战也从未停止过， 从公元 1500前后的地理大发现开始， 恩里克、哥伦布、麦哲伦等探险家一次次的征服大海，使得那时的欧洲傲视整个世界；二战时期的美国航母战斗群以及潜艇编队，不仅影响了整个太平洋战事，更让其军事范围扩大到了海洋可以触及到的各个沿岸；近些年各个国家海上平台、设施的建设，也凸显了各国对海洋这块“大蛋糕”的重视。然而迄今为止，人类对海洋的认识还十分有限，因此大力发展海洋探测技术对人类了解、利用海洋资源具有重要意义[1]。水下无线通信是水下探测的基础也是难点之一。目前，水下无线通信分为两种，即水下电磁波通信和水声通信 2种[2]。这两类不同的通信方式，主要是由于其信息的传播媒介不同。水声通信是利用震动所产生的能量在液体中传播，产生的声波是一种机械波。由于在水下扩散、吸收、散射的因素，当信号传输距离增加，数据的传输速率也会随之明显的下降。因此，电磁辐射不会受到水的盐度、深度和温度的影响，它的传播速度比声波传播速度快得多[3]。然而电磁波在水中衰减很快，这就意着信号无法进行远距离传播。不同波长的光波在水下衰减的情况是不一样的，因此选取合适的光源可以提高电磁波在水中的传输距离以及速率[4]。影响水下光通信的因素主要一下有三方面：(1) 光的吸收:在海洋环境中，纯水、浮游植物叶绿素、有色可溶性有机物、其他颗粒都会对光信号造成衰减[5]。(2) 光的散射:由于水中的介质是不均匀的，所以当光穿过水体时，会与水中的分子与原子相互作用，此时光会偏离原来的轨道，这种现象称为光的散射[6]。(3)其他因素:在实际的水下通信中，有诸多的其他因素影响着通信质量。如太阳和其他光源的干扰、大颗粒的物理屏障物、大气涡流等因素都会干扰水下光通信[7]。在系统因素中，发射机与接收机的的对准情况也会影响水下光通信。
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发射机设计， 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。设计一款水下无线光通信发射机。通过对光源的比较，选取波长合适的LED 发光二极管作为光源；制定发射机的硬件系统，选取合适的微处理器和驱动方式。最终理想目的是通过上位机发送数据，可使其在超低功率的情况下传输数据，发射给接收机，整个过程快速，准确。
2 水下无线光通信光源选择在设计的最初阶段，首先要确定的就是发射机的光源。因为它涉及到后面驱动电路的设计以及调理电路的选择。可以做光源的器件有很多，从我们日常熟悉的白炽灯到的激光，由于光的波长不同，各类光源所体现出的物理特性也不尽相同[8]。考虑到我们这次设计的要求，符合功率、速率、尺寸的光源并不多。发光二极管作为在低电压（1V-5V）工作的光源，其可靠性很高，且成本很低，对电流变化的响应良好，发光效率（lm/W）高[9]。故在设计初期就确定了选择用发光二极管作为光源展开实验。