水声功率放大器模块基于通道接收和发射的水声通信机的应用

实验名称：基于多通道接收和发射的水声通信机

研究方向：水声通信

测试设备：数模转化器、ATA-ML180水声功率放大器模块、示波器、接收换能器、发射换能器等。

图：实验原理

一、发射机的双通道发送实验：

实验过程：利用Matlab软件生成波形数据，即产生16位宽度的12kH正弦波的波形数据，接着把该波形数据转成mif文件。可以通过FPGA序利用mif文件将波形数据输入到数模转换器DAC8814中，来产生实际的12kHz正弦波波形。该模拟波形再经过ATA-ML180水声率放大器模块与阻抗匹配网络放大，最终在水声换能器中转化成声音信号。把发射机通道1和通道2同时连接到水声换能器，再用示波器分别观察两个通道的输出信号，以验证双通道发射的功能并测量最大功率。

图：发射机双通道输出信号结果图

二、接收机通道增益测试：

实验过程：设置信号发生器分别输出9kHz、12kHz及15kHz的正弦波信号且峰峰值都为10mVpp。同时将接收增益设置为4dB，再分别测量这三个频点的输出信号的峰峰值和频率。

实验结果：当接收机的接收通道放大倍数保持不变时，分别让输入信号的频率为9kHz、12kHz及15kHz，其输出结果可见下图5-6。对示波器所显示的数据进行观察接收机的输出信号分别为9kHz下728mVpp12kHz下928mVpp及15kHz下840mVpp。它们相应的增益分别为37.24dB、39.35dB和38.48dB，带内增益波动小于3dB，满足设计要求。

图：接收机的输出信号结果图

三、接收机的八通道采集数据实验：

实验过程：为了验证接收机八通道采集数据的功能，首先让信号发生器输出频率为12kHz的正弦波，并将输出连接至接收机的八个通道。随后，接收机将模拟波形变换为16位宽度的数字数据。此时，设置接收机的采样率为96kHz，其对12kHz的正弦波进行采样，每个周期8个点。这些数据被FPGA所采集，FPGA再通过串口把八个通道的数据传输到电脑上。最后，借助Matlab软件对八个通道数据进行画图并分析，进而验证接收机八通道采集数据的功能。

实验结果：通道1数据见图5-8a)，该据形显为正每个周期的点数为8个点。至于接收机的八通道同步采样数据如图5-8b)所示，可以看到八个通道的波形都为正弦波，波形非常相似，且频率都为12kHz，符合实验结果。因此，接收机是支持八通道同步采样的功能。

四、水声通信机功耗测试：

实验过程：将水声通信机接入24V的直流电压。且让水声通信机处于不同模式下，分别记录直流电源仪器上的电流和功耗大小。

实验结果：水声通信机在进入值班模式后，分别对两级测电路进行测量如图5-10a)所示，第一级检测电路的功耗为96mW。如图5-10b)所示，第二级检测电路的输出功率显示为0mW，这是由于输出电流小于1mA，致使直流电源的输出功率无法显示。因此采用电流表进行测量。其电流值见图5-10e)，为075mA，将其乘以输入电压24V可得功耗大小为18mW。因此，第二级检测电路的功耗约为第一级的五分之一，进而验证二级值班电路的低功耗优势。

2、水声通信机在进入发送模式后。如图5-10c)所示，输出电流为0.111A，功耗大小为2.664W。

3、水声通信机在进入接收模式后。如图5-10d)所示，输出电流为0.208A，功耗大小为4.992W。

综上，从电源仪器和电流表的测量结果中，可知二级值班电路的功耗非常低，低至18mW，仅约为一级值班电路的五分之一，可以很好地满足低功耗设计的要求。至于发射机和接收机的功耗，可以采取优化控制和切换等方式进行减小。

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审核编辑黄宇