使用COTS组件和 Unet 音频的低成本DIY水下调制解调器-硬件篇（翻译）

warning：贴主是网安的，通信的东西只了解一些，更不懂硬件。接触这个是帮别人看的。翻译有错误请见谅。

原博客链接：Low-cost DIY underwater modem using COTS components and Unet audio | Unet Blog

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概述：

调制解调器有三个主要功能：

1. 将用户提供的数据转换为信号并传输给接收方。
2. 解码接收方收到的信号，以恢复原始数据。
3. 配置各种参数以获得最佳的通信性能。

用户可以通过 Unet audio 提供的多种接口（如网页接口、Shell、或各种编程语言的 API，包括 Java、Groovy、Python、C、Julia、JavaScript 等）传递消息。这些接口同样用于配置通信参数，以在不同环境中获得最佳性能。

注意：UnetStack 指的是用于扩展水下网络的技术集合，Unet audio 是其中的一个组成部分。想要深入了解的用户可以参考 Unet 手册。

用户提供的数据会在 Unet audio 中被转换为通带信号。这包括运输层和网络层处理（如果需要），数据分片与重组、前向纠错（FEC）、调制与解调，具体取决于使用的通信方案。通带信号（数字）经由声卡转换为模拟信号，经过功率放大器后，通过换能器/水下扬声器传输。在接收端，水下麦克风接收信号并通过声卡转换为数字信号，再由 Unet audio 进行处理和解码，解码成功后将数据返回给用户。

传输链路：

将声卡的扬声器输出（可以是独立声卡或连接到单板计算机的 USB 声卡）连接至功放模块的输入端。然后，将功放的输出连接到水下扬声器。功放的供电方式取决于具体型号，可以通过树莓派的 USB 输出供电，或者使用 12V 电池。

接收链路：

在接收端，将水下麦克风直接连接到单板计算机的声卡麦克风输入端。

硬件选择：

数字硬件

数字硬件是 SDOAM 中最重要的组件之一。我们选择了 Raspberry Pi 3b+ 作为运行 Unet audio 的数字硬件，因其广泛的使用、低成本、易于获取及社区支持。这可以用任何运行 Linux 的 arm 处理器单板计算机（SBC）替代。Raspberry Pi 通过 USB 声卡进行数据采集。

注意： 内置音频输出在设置过程中默认被禁用，因此未使用。

 

树莓派4b

usb声卡

传输链路

下一步是选择功放和换能器/水下扬声器。为了降低成本，我们选用了 JH001 作为发射端的水下扬声器。

JH001水下扬声器

标准的 TDA 系列（如 TDA2030）单声道功放基本可以满足要求。我们选择了 TDA2030A 作为 DIY 方案中的音频功放，用户也可以根据自己的需求选择合适的功放。

功率放大器

接收链路：

我们使用了简单的电容式麦克风，通过家庭材料进行防水处理，并将其连接到声卡以接收信号。

防水麦克风所用的材料包括：

• 椅子垫圈：作为麦克风的底座，需选择合适大小。
• 保鲜膜：用于防水麦克风前端，越薄越好。
• 热熔胶枪及胶棒：用于防水处理。
• 3.5mm 单声道音频插头：连接声卡，若找不到单声道插头，可使用标准立体声插头。
• 导线：用于将麦克风连接到声卡。

电子麦克风

 

用到的各种防水材料

防水处理：

将电容麦克风的一端连接到壳体，作为接地端，连接到音频插头的地线。另一端连接到音频插头的输出端。选择适合麦克风的椅子垫圈，确保紧密包裹。在垫圈闭合的一端打一个小孔，通过孔插入导线，并用热熔胶密封，然后将麦克风推入，确保黑色振膜稍微突出。最后，用保鲜膜包裹麦克风前端，确保没有气隙，以免影响性能。 

麦克风引脚排列

译者注：

电容麦克风通常有两个引脚：一引脚为地线，另一引脚为输出信号。将地线连接到音频插头的地线，输出信号连接到音频插头的其他连接端（单声道时连接到一个端口，立体声时连接到左声道或两个声道）。这样的接线可以确保麦克风正确地与声卡配合使用。

接线方式 

成品

材料清单：

项目	数量
Raspberry Pi	1
Raspberry Pi USB 声卡	1
功率放大器	1
水下扬声器	1
电容麦克风	1
3.5mm 音频插头	2
椅子垫圈、热熔胶枪、胶棒、保鲜膜	1
总计