基于LED可见光通信的音频传输演示仪.pdf

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1、2015年第8期物理通报物理实验教学基于LED可见光通信的音频传输演示仪薛德宽黄兴洲位浩杰任学智陈文娟于成龙[中国石油大学(华东)理学院山东青岛26658o3(收稿日期：2015—02—03)摘要：可见光通信(visiblelightcornmunication，VLC)是一种在白光LED技术上发展起来的新兴无线通信技术，具有广阔的应用前景．该技术目前尚没有广泛的市场应用，因此需要一种演示仪器来展示其应用价值．本文设计了一种基于LED可见光通信的音频传输演示仪，该演示仪由发射端模块、接收端模块、电源模块构成，发射端和接收端距离为5in时可稳定传输音频信号．演示仪性能稳定、操作方

2、便，并实现了可见光调制与通信演示实验的结合，在实际应用中取得了良好的教学效果．关键词：VLC演示仪可见光调制光电转换白光LED具有高亮度，低功耗，使用寿命长，尺适当的偏置电流和调制电流，恒定偏置电流的作用寸小，绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型是使白光LED工作于阈值以上的线性工作区．将的照明光源．LED在全球照明市场中所占据的比重晶体管、白光LED及分压偏置电路连接起来就构成正逐年递增，利用LED灯进行数据传输的LED可了白光LED灯驱动电路，LED如图1所示．见光通信技术愈发受到人类的重视口]．与传统的射频通信以及其他无线光通信系统相比较，VLC具有发射功率高，不占用无

3、线电频谱，无电磁干扰和电磁辐射，节约能源等优点．本文设计了一种基于LED可见光通信的音频传输演示仪，并在实验室进行了测试，可以在5rfl的距离下传输音频信号，信噪比可达55dB以上．1实验原理图1白光LED驱动电路1．1可见光调制原理图1所示电路采用分压式偏置电路，使三极管将要传输的信号加到光波的过程叫“调制”，就基极固定于一定电压，让三极管处于放大状态，这样是通过改变载波(光波)的振幅、强度、频率等方法，我们就可以使输入的小信号通过晶体管放大．发射使载波携带信息的过程_2]．本装置对LED光的强度极电阻R。用于控制流过LED的电流进行调制，强度调制包括内调制与外调制两种．e1

4、．1．1内调制．LED驱动电路的工作原理是给白光LED提供对输入的音频信号进行放大输出．放大后的信号可*中国石油大学(华东)大学生创新训练国家级项目，项目编号：201410425067作者简介：薛德宽(1994一)，男，在读本科，主要研究方向为可见光通信工程．指导教师：陈文娟(1969一)，女，高级实验师，主要从事实验仪器开发与研究．一82—2015年第8期物理通报物理实验教学以通过LED以人眼无法感测的速度进行闪烁的方2．1发射电路法发送数据，这样LED既可用于照明，又可用于传发射电路结构如图4所示，当模式转换开关S输数据．断开时，电路处于内调制工作模式．为了增加驱动能1．1

5、．2外调制力，外接了三极管TIP122G．将与待传输的声音信如图2所示，通过挡光片来实现对LED光的调号相对应的脉冲电压信号加到(10W)LED灯上，则制，LED灯发出的光束被一片垂直固定在扬声器振LED灯所发出的可见光强度将随待传输声音信号的变化而变化，实现对光信号的内部调制．当闭合开关S时，稳压电源V直接驱动(10W)LED灯发光，用带有振源的挡光片遮挡可见光光束，运动的挡光片使LED灯发出的光被遮挡面积不断变化，从而达到对光信号的外部调制．图2外调制原理图膜上的轻质挡光片遮住一半，当扬声器输入音频信号后，挡光片会随扬声器振膜做上下振动，挡光片遮C挡光的多少反映信号的强弱，

6、挡光的快慢反映信号47S的频率，挡光片的遮挡深度与输出功率成线性关系．．Key=A1．2光电转换原理光电转换部分采用了硅光电池，采用单电源供电时，其输出电压随照射到光敏器件上的光强度呈线性变化．由于LED灯发出光的强度和输人信号的图4系统发射端电路图电压信号成正比，输出电压与接收的光强度成正比，2．2接收电路因此输出的电压变化规律和输入信号变化相同，将接收端采用高灵敏度$1227—1010BR硅光电池此电压进行信号放大和功率放大后输出到扬声器，接收发射端的光信号，利用光电效应将光信号转换为可发出相应的声音．模拟信号．硅光电池接收发射端光信号的同时会受到阳光的干扰，由于杂光干扰经

7、转换后的信号会产生高2实验装置与控制方法频杂波，因此对该信号进行放大后，设计低通滤波器如图3所示，实验装置包括“24V，1A”电源、对放大后的信号进行低通滤波，消除杂光对通信的干(10w)LED灯、发射端电路、接收端电路、挡光片、扰．接收端采用音频专用TDA2030功率放大器对该扬声器等．利用有机玻璃板将装置的发射端和接收模拟信号进行放大，利用LM324设计20000Hz低通端分开，确保两部分没有任何导线相连接，能够使得滤波电路对放大后的模拟信号进行低通滤波，滤除演示效果更加直观．其他杂光对