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基于蓝光LED的水下传感网通信系统设计与实现

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第一章 绪论

1.1引言

1.2水下无线通信技术

1.3水下可见光通信的国内外研究现状

1.4课题研究意义

1.5研究内容和研究目标

1.6论文创新点

1.7论文结构

第二章 可见光水下传输特性及光收发模块设计

2.1可见光在水下的传输特性

2.2水下可见光发射模块设计

2.3水下可见光接收模块设计

2.4本章小结

第三章 基于蓝光LED水下传感网原型系统硬件设计

3.1系统描述

3.2水下光视频传感器节点硬件设计

3.3水下光温度传感器节点硬件设计

3.4水下光汇聚节点硬件设计

3.5水下光传感器原型系统低功耗设计

3.6本章小结

第四章 基于蓝光LED水下传感网原型系统软件设计

4.1水下光传感器网络组网方式研究

4.2水下光传感网原型系统传输协议

4.3水下光汇聚节点软件设计

4.4水下光视频传感器节点软件设计

4.5水下光温度传感器节点软件设计

4.6本章小结

第五章 基于蓝光LED的水下传感网原型系统性能测试

5.1可见光链路性能测试

5.2空气中组网测试

5.3模拟海水中组网测试

5.4原型系统功耗测试

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢

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摘要

水下可见光通信作为一种新兴的水下无线通信技术,它在海洋开发和海洋军事等方面起着重要作用。与传统水下无线通信技术相比,水下可见光通信技术弥补了水声通信速率慢、时延大的不足,克服了蓝绿激光通信高指向性的难题。本文基于水下可见光通信技术,开展水下传感网通信系统的研究,搭建水下传感网原型验证系统,实现水下高速数据传输。
  论文的主要工作如下:
  (1)研究了可见光在水下的传输衰减特性,基于晶元1W蓝光LED,分别设计了水下模拟信号光发射模块和水下数字信号光发射模块。针对当前可见光通信无专用接收模块的现状,设计出可见光通信专用高性能、低功耗厚膜光电接收模块。
  (2)基于STC12C5204AD处理器芯片,选用合适低功耗芯片,完成了水下光视频传感器节点、水下光温度传感器节点和水下光汇聚节点的硬件设计和制作,并采取多项措施降低系统功耗。
  (3)对可见光通信水下组网方式进行研究,采用星型组网方式,基于STC12C5204AD全双工UART接口,设计了水下可见光传感网传输控制协议,完成了各节点软件设计。
  (4)对基于蓝光LED的水下传感网原型系统进行了详细性能测试。分别通过可见光链路性能测试、空气中组网测试、模拟海水中组网测试、功耗测试,验证了原型系统相关硬件、软件设计,分别实现了空气中距离2m及模拟海水环境下距离1.5m视频、温度信息的采集、发送和显示。

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