LED可見光音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張毅鵬 周凡 王志剛 王苗

摘 ?要：LED具有調(diào)制特性良好的優(yōu)點(diǎn)，可以使LED光源在照明的同時(shí)傳輸音頻信號(hào)，本設(shè)計(jì)發(fā)射端利用三極管將音頻信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，LED的發(fā)光強(qiáng)度受音頻的調(diào)制，接收端利用光敏二極管接收調(diào)制信號(hào)，功率放大器進(jìn)行功率放大，最后將音頻信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)無(wú)失真音頻傳輸。

關(guān)鍵詞：LED;調(diào)制;放大;音頻傳輸

引言

LED具有高亮度、低功耗、靈敏度高、調(diào)制特點(diǎn)好等優(yōu)點(diǎn)，利用這些特性可以實(shí)現(xiàn)在照明的同時(shí)，把信號(hào)調(diào)制到LED光中進(jìn)行傳輸。實(shí)現(xiàn)利用可見光為信息載體，不使用光纖等有線傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳送光信號(hào)的通信方式，即可見光通信技術(shù)（Visible Light Communication，VLC）

利用LED高速調(diào)試的特性將音頻信號(hào)調(diào)制到LED可見光上進(jìn)行信息傳輸，這傳輸方式減少了電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響，適合對(duì)電磁信號(hào)敏感的區(qū)域使用。在當(dāng)前節(jié)能和環(huán)保兩大主題的前提下，隨著世界各國(guó)對(duì)白光照明光源的大力推廣，以及其光譜特性、一特性、調(diào)制特性等性能的提高，基于白光可見光通信正在逐漸發(fā)展起來(lái)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體由發(fā)射端和接收端兩部分組成，發(fā)射端由MP3或音頻信號(hào)發(fā)生器輸入音頻信號(hào)，通過(guò)三極管放大電路將音頻信號(hào)放大，并驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。接收端將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信經(jīng)放大電路放大，再由功率放大器進(jìn)行功率放大，從揚(yáng)聲器輸出。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 電路設(shè)計(jì)

（1）電源設(shè)計(jì)。電源輸入電壓為220V工頻交流電，三端穩(wěn)壓器采用電子設(shè)備中常用的線性穩(wěn)壓集成電路LM7812和LM7912。電路如圖2所示，電路圖中LM7812和LM7912接有一大一小兩個(gè)濾波電容，大電容低頻濾波，小電容高頻濾波?？缃佑贚M7812和LM7912輸入輸出端的二極管D4、D5可以保護(hù)三端穩(wěn)壓器不被反向浪涌電流的沖擊而燒毀。

（2）發(fā)射端設(shè)計(jì)。發(fā)射端電路如圖3所示，當(dāng)音頻信號(hào)由A、B端輸入，經(jīng)耦合電容C1的隔直作用后會(huì)在三極管的基極加上一組和音頻信號(hào)一樣變化的電流，在由三極管的放大作用，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED。因LED的發(fā)光強(qiáng)度與電流的大小成正比，所以LED的發(fā)光強(qiáng)度與音頻信號(hào)的幅度大小同步調(diào)制，實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的發(fā)射。

（3）接收端設(shè)計(jì)。接收端電路如圖4所示，由光敏二極管和UA741組成的光電轉(zhuǎn)換電路和音頻頻放大電路成。

光敏二極管與半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)類似，管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，工作時(shí)需加反向電壓。無(wú)光源時(shí)，光敏二極管截止，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流。有光照時(shí)，飽和反向漏電流隨光照強(qiáng)度的增大而增大，形成光電流。PN結(jié)受到光線照射時(shí)，在PN結(jié)中產(chǎn)生使少數(shù)載流子密度增加的電子-空穴對(duì)。在反向電壓的作用下載流子發(fā)生漂移，使反向電流變大。因此，可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流，從而實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的換。由光敏二極管接收到的信號(hào)，經(jīng)兩個(gè)UA741組成的放大電路放大后再入音頻放大電路。音頻放大電路采用LM386外接原件最少的用法，由于引腳的1和8開路，集成運(yùn)放的電壓增益為26dB，即電壓放大倍數(shù)為20，利用變阻器R10可以調(diào)節(jié)音量大小。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)測(cè)試?yán)肔ED構(gòu)建的音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)在可見光上的可靠傳輸。LED光源無(wú)肉眼可見的閃爍，其通信距離在0.5m范圍內(nèi)，傳輸角度30°左右，音頻信號(hào)清晰無(wú)失真，并且不受自然光和室內(nèi)熒光燈的影響。

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