亓振宇
摘 要:本文介紹了利用可見光發(fā)射接收器件制作一個無線傳聲機的基本方法,光耦合作為傳話途徑。主要內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)需硬件、系統(tǒng)電路設(shè)計及調(diào)試方法。電路簡單,能利用LED(發(fā)光二極管)發(fā)出的可見光傳遞聲音信息,使LED(發(fā)光二極管)在照明的同時進行聲音的傳輸。
關(guān)鍵詞:聲音;可見光;傳聲
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.121
0 引言
眾所周知,光是一種電磁波,能傳遞信息和能量,可以在真空中傳播,但不能在金屬中傳播;聲是一種波,和電磁波一樣他也能傳遞信息和能量,可以在固、液、氣三態(tài)中傳播,但不能在真空中傳播。如果聲和光能互相轉(zhuǎn)換,可以克服他們的缺點,充分發(fā)揮優(yōu)點。
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,把聲音信號調(diào)制到LED光中進行傳輸。實現(xiàn)利用可見光為聲音載體,在空氣中直接傳送光信號的方式,即可見光傳聲。
1 系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)整體組成:發(fā)聲設(shè)備----光信號發(fā)射器------光信號接收器-------聲音放大設(shè)備。
發(fā)聲設(shè)備:指能直接發(fā)出聲音的設(shè)備,如:收音機、手機、MP3等。
光信號發(fā)射器:把聲音信號轉(zhuǎn)變成可見光的變化,主要由聲音信號接收裝置(耳機) 和聲音信號轉(zhuǎn)化成光信號電路(LED、電源、電阻等)組成。
光信號接收器:把光的變化轉(zhuǎn)變成電信號的變化,主要由光電轉(zhuǎn)換電路組成(光電轉(zhuǎn)換器件:光電池、光敏二極管、光敏三極管)。
聲音放大設(shè)備:把光信號接收器接收的聲音電信號放大傳遞出來,主要用已有的能放大聲音的設(shè)備(收音機、收錄機、手機等)。
2 系統(tǒng)所需硬件
發(fā)聲設(shè)備(手機、電腦、簡易助聽器、收音機等)。
聲音放大設(shè)備(手機、電腦、簡易助聽器、收音機等)。
LED(發(fā)光二極管)。
電感線圈(可用小型變壓器的原線圈,其直流電阻很?。?。
光電池(光敏電阻、光敏三極管)導(dǎo)線若干。
耳機插頭。
電源(光信號發(fā)射器可用LED照明設(shè)備上的電源;光信號接收器可用聲音放大設(shè)備上的電源,也可單獨接電源)。
3 系統(tǒng)電路設(shè)計
發(fā)聲設(shè)備和聲音放大設(shè)備采用的是已有的電子設(shè)備,整個系統(tǒng)只需自己設(shè)計光信號發(fā)射器和光信號接收器電路。
(1)光信號發(fā)射器電路設(shè)計。設(shè)計思路是利用正在使用的LED照明電路,把聲音信號接入,使LED發(fā)出的光亮度隨聲音變化而變化。
將LED照明電路中串一電感線圈,電感線圈的作用:①濾波:其目的可以濾掉電源中的交流部分,使電源電壓更加穩(wěn)定,防止電源中的交流信號干擾聲音信號;②通直流阻交流:LED照明電路為直流電路,所以不影響電路正常發(fā)光。在線圈兩端引出兩根導(dǎo)線與一耳機插頭相連,將耳機插頭插入發(fā)聲設(shè)備耳機插孔中,當(dāng)發(fā)聲設(shè)備發(fā)出聲音時,放大的聲音電信號引入光信號發(fā)射器電路,由于線圈對交流聲音信號有較大的阻礙作用,因此信號電流將從發(fā)光二極管、限流電阻和電池這一路通過,這樣發(fā)光二極管在原有直流電流的基礎(chǔ)上,又通過了與聲音信號對應(yīng)的交流電流,因此它的亮度隨聲音信號而改變。
(2)光信號接收電路設(shè)計:(可用光電池,也可用光敏三極管、光敏二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件)。
硅光電池光信號接收器。
硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件,受到光照時產(chǎn)生電動勢。
圖1為硅光電池光信號接收器電路,將硅光電池(小型太陽能電池)的兩極接入聲音放大設(shè)備(收音機、手機等)拾音器插孔中,這樣當(dāng)光電池接收到帶有聲音信息的光信號后,光電池兩端電壓就會隨之改變,通過聲音放大設(shè)備進行聲音放大,最后推動揚聲器發(fā)出聲音。
光敏二極管光信號接收器。
光敏二極管又叫光電二極管(英語:photodiode )是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電流或者電壓信號的光探測器,對光的變化非常敏感,具有單向?qū)щ娦?,而且光強不同的時候會改變電學(xué)特性,因此,可以利用光照強弱來改變電路中的電流。光敏二極管的輸出特性線性度好,響應(yīng)時間快。
光敏二極管的選擇:光敏二極管的種類很多,而且參數(shù)相差較大,根據(jù)電路的要求,應(yīng)選擇對可見光靈敏度高的,例如BS120型號的。
光敏三極管光信號接收器。
光敏三極管又稱光電三極管,和普通三極管相似,可以等效的看作是由一個光敏二極管和一只半導(dǎo)體三極管結(jié)合而成,因此光敏三極管不但具備光敏二極管的光電轉(zhuǎn)換特性,同時也有電流放大作用,故靈敏度高。但光敏晶體管輸出特性線性度差。
4 系統(tǒng)調(diào)試
將電路接好后,調(diào)節(jié)LED燈的位置,使光線聚焦于光電轉(zhuǎn)換元件(光電池,光敏三極管、光敏二極管)的接收面上,如果在LED燈前放一個聚光鏡聚光效果更好。打開發(fā)聲設(shè)備,可以看到發(fā)光二極管有微弱的閃爍現(xiàn)象,打開聲音放大設(shè)備開關(guān),從揚聲器中可聽到相同的聲音。如果此時用手截斷光線,使光不能照射在光電轉(zhuǎn)換元件上,揚聲器中的聲音也會消失;將手移開,又可以聽到聲音。通過對三種光接收電路調(diào)試,從結(jié)果看光敏三極管接收器實現(xiàn)光電傳聲時聲音最大,但失真大;光電池、光敏二極管實現(xiàn)光電傳聲音時聲音小,但失真小。
5 結(jié)束語
本文給出了一種可行的LED可見光聲音傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案,實現(xiàn)了直接將聲音信號轉(zhuǎn)化為光信號的強度變化進行傳輸,系統(tǒng)成本低,易實現(xiàn)。該系統(tǒng)雖然還存在著傳輸距離短,傳輸角度小等缺點,但為提升光電傳聲的實用性提供了一種可行性方案。
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