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，可以使LED光源在照明的同時傳輸音頻信號，本設(shè)計發(fā)射端利用三極管將音頻信號放大后驅(qū)動LED發(fā)光，LED的發(fā)光強度受音頻的調(diào)制，接收端利用光敏二極管接收調(diào)制信號，功率放大器進行功率放大，最后將音頻信號輸出，實現(xiàn)無失真音頻傳輸。

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)制特點好等優(yōu)點，利用這些特性可以實現(xiàn)在照明的同時，把信號調(diào)制到LED光中進行傳輸。實現(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調(diào)制到LED可見光上進行信息傳輸，這傳輸方式減少了電磁輻射對環(huán)境的影響，適合對電磁信號敏感的區(qū)域使用。在當前節(jié)能和環(huán)保兩大主題的前提下，隨著世界各國對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。

1 系統(tǒng)設(shè)計

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或音頻信號發(fā)生器輸入音頻信號，通過三極管放大電路將音頻信號放大，并驅(qū)動LED發(fā)光。接收端將光信號轉(zhuǎn)化為電信經(jīng)放大電路放大，再由功率放大器進行功率放大，從揚聲器輸出。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 電路設(shè)計

（1）電源設(shè)計。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。發(fā)射端電路如圖3所示，當音頻信號由A、B端輸入，經(jīng)耦合電容C1的隔直作用后會在三極管的基極加上一組和音頻信號一樣變化的電流，在由三極管的放大作用，驅(qū)動兩個LED。因LED的發(fā)光強度與電流的大小成正比，所以LED的發(fā)光強度與音頻信號的幅度大小同步調(diào)制，實現(xiàn)音頻信號的發(fā)射。

（3）接收端設(shè)計。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，管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，工作時需加反向電壓。無光源時，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，飽和反向漏電流隨光照強度的增大而增大，形成光電流。PN結(jié)受到光線照射時，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。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，可以利用光照強弱來改變電路中的電流，從而實現(xiàn)光電信號的換。由光敏二極管接收到的信號，經(jīng)兩個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

經(jīng)測試利用LED構(gòu)建的音頻信號傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)了音頻信號在可見光上的可靠傳輸。LED光源無肉眼可見的閃爍，其通信距離在0.5m范圍內(nèi)，傳輸角度30°左右，音頻信號清晰無失真，并且不受自然光和室內(nèi)熒光燈的影響。

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