基于LED或红外激光的可见光音频系统
1 前言
可见光通信技术,简称为VLC,这种技术手段在无线通信领域中最新成型,便能得以快速发展壮大。在接下来的一段时间之内,无论是在哪个领域,该项技术肯定会有很大的发展,跟现有的无线通信技术形成强有力的竞争,对人类文明的进步产生巨大的影响。如果我们想要建设室内可见光通信网络,我们需要进行以下两个步骤:第一,在公共照明设施上加以数据传输功能第;二,将通信和室内光源有机结合。这样便能达到构建VLC的目的,从而让信息数据等可以从服务器无线传输到客户端。
通信行业必是各种电子信息技术里的一大主题。人们仅从通信行业中某一方面来看,比如说移动通信方面,全球的各种移动的通信用户的数量将越来越多,越来越壮大。尽管人们对无线通信的需求是井喷式的增加方式,但是对于整个无线电行业而言,这并没有发生多么显著的改变。与之恰恰不同,无线频谱匮乏这个致命缺陷却在人们对其汲取不断攀升的情况下暴露无遗。所以,尚未被科学家开发利用的电磁波频段,即可见光,便可作为新的载波频段,而被我们加以利用并进行适当的开发。
2 可见光通信系统分析
2.1 可见光通信
2.1.1 LED或激光可见光通信概述
众所周知LED或激光这种发光器件,调制的方法简单方便,而可见光通信技术,就是根据LED或激光器件的方便调制的特点,将信号加载到LED或激光上,在空气大气中发射出人的眼睛不能够识别分辨的高速光波信号,然后在接收端用敏感原件接收含有带传输信号的光,经过一定的方法处理后得到原始的信号。
光通信的系统模型是一定的,由通信的定义可知,发射模块和接收模块是组成系统模型的两个重要组成。发射端主要的作用是发射待传输的信号,它可以把待传输的信号进行处理,处理后的信号是适用于LED或激光的,将处理好的信号给到LED或激光上,于是发射端的LED或激光就有了我们要传输的信号的内容。而且由于发射端信号的变化导致了加载LED或激光上的信号也会相应的发生同等类型的变化,比如说幅值变大变小,频率变高变低等都可以。接收端的主要任务就是将光中的信号提取出来,这种转换方式就是光信号转化为电信号。因为接收到的信号都非常小,并且因为外界环境的因素,会产生一定的噪声,所以滤波器部分和放大在接收模块的前端都是被需要的,另外如果需要数字信号,可以将得到的信号给到信号处理设备或芯片,得到人们想要的信号。
2.1.2 本系统分析
本系统基于可见光通信技术,将音频信号调制到LED或激光上,并且由发射端的光电探测器来检测该音频信号,并且最后经过放大滤波功率放大后,由扬声器播放该音频信号。
2.2 调制解调原理
2.3 光电检测器工作原理和特性
- TEMT 6000是光敏传感器,由一个高灵敏可见光光敏(NPN型)三极管构成,可以将捕获的微小光线变化并放大100倍左右。
- 可应用于对可见光线变化较灵敏的场合,如照明控制、屏幕背光控制等
- 工作电压:3.3~5 V
2.4 扬声器
扬声器,也就是人们俗称的喇叭,同时也可以称作为音箱。可以将电信号转化为声音信号。扬声器对于声音信号的质量来说特别重要,但是其更容易受到损坏。扬声器有各种各样的形状和种类,并且由于构成或者材料的使用导致了扬声器的价格也是不尽相同的,并且有时候价格会有极大的差异。当交流的电信号给到线圈时,线圈就会由于力的作用带动纸盆震动,而且随着输入信号频率和幅值的改变,纸盆的振动幅度和频率也会改变。纸盆振动带动空气震动,所以可以发出声音。
3 方案设计
将要传输的信号加到光波的过程叫“调制”,光调制就是通过改变载波(光波)的振幅、强度、频率等方法,使载波携带信息的过程。
4 单元模块设计
4.1 各单元模块功能介绍及电路设计
4.1.1 发射电路
4.1.2 接收与滤波电路
4.1.3 放大电路
4.1.4 功放电路
工作原理:如图4.5所示,本模块主体是TDA2030,这个模块主要包含负反馈电路、输入、输出隔直电路和消振电路。200k电阻,10k电阻和10uF到地电容构成负反馈回路。
4.2 特殊器件介绍
4.2.1 OP07
引脚功能说明:1和8 为偏置平衡(调零端),2为反向输入端,3为正向输入端,
4.2.2 TDA2030
主要特性:输出电流大,谐波失真小,具有输出对地短路保护功能,自动限制功耗,保护输出晶体管工作在安全工作区,内置过热保护电路。1脚为信号输入,2脚为负反馈,3脚为负电源/接地,4脚为输出,5脚为正电源。
5 调试与仿真
5.1 调试环境
5.2 仿真调试
5.2.1 发射电路仿真图
通过加载正弦信号模拟音频信号,能完成将音频信号与直流信号叠加后输出到LED或激光灯上面。
5.2.2 放大仿真图
5.2.3 滤波器仿真图
5.3 实物测试
实物连接以及测试,将整个系统连接测试,各个模块工作正常,输入的音频信号能够顺利加载到LED或激光灯上,并经过后级电路处理后加载到扬声器输入,音频质量好,无明显失真。
作品链接:https://live.csdn.net/v/243484
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