在军事装备和民用工业中,穿过金属壁进行无线数据通信正逐渐成为一个研究热点。由于密闭金属容器金属介质对电磁信号有屏蔽作用,电磁波信号难以实现穿过厚金属壁。利用超声波穿透性强、能量传输效率高等特点,在保证密闭金属容器结构完整性的前提下,能够穿过金属结构实现外部为金属容器内部提供电源以及内部数据有效地向外传输进而对内部状态实时监测。本文在充分调研国内外研究现状的基础上,对过金属壁超声无线能量与数据传输系统的关键技术进行了深入研究。设计完成了穿过金属壁超声能量传输与数据通信系统的实验装置,并对装置进行了实验测试,实现了利用超声波穿过金属壁进行无线能量和数据传输功能。本文主要研究内容包括:(1)建立了穿过金属壁超声传输的声场模型,分析了过金属壁超声通道的特性。基于等效电路理论建立了超声波穿过金属壁进行数据通信的PSpice电路模型,并对基于阻抗调制式的数据传输进行了仿真,从理论上验证了阻抗调制式由内向外进行数据传输的可行性。(2)设计了过金属壁超声无线能量与数据传输系统的总体结构与硬件电路,电路分为金属结构内外两个独立部分。实现了内部能量收集电路、数字信号调制电路、温度传感器信号采集、功率放大路以及检波解调等电路。(3)完成了过金属壁超声无线数据传输系统软件的总体设计与开发,实现了内部基于MSP430单片机的温度数据采集、阻抗调制控制、外部基于MSP430的传输数据解码、与上位机通信、上位机数据显示等功能。(4)对整个系统的软件设计部分和硬件电路进行了调试实验测试,对系统的能量传输性能、数据传输性能进行了实验研究,结果表明系统能够穿过20mm厚金属壁,实现45mW能量的无线传输,数据传输速率达到4.8Kbps。