張云艷 萬林柯 陳超祥 歐陽凱 余超凡 劉源

摘?要：針對現(xiàn)有的紅外線耳機、藍牙耳機的穩(wěn)定性差/性能低、易受干擾等弊端，設計了一款基于可見光通信技術的光通信耳機。該裝置以可見光為載波傳遞音頻信號的光電傳輸系統(tǒng)，由發(fā)射部分和接收部分組成。主要通過單片機實現(xiàn)信號的調制和解調。實驗結果表明，該可見光耳機系統(tǒng)穩(wěn)定，控制靈活，信號強度大，音量可調節(jié)。

關鍵詞：光通信;耳機;設計

近年來，可見光通信受到了越來越多的通信研究學者的關注，可見光通信（VLC，VisibleLightCom-munication）是迅速發(fā)展的應用于短程的通信技術。[1-2]借助于高功率發(fā)光二極管LED的最新進展。利用現(xiàn)有的照明基礎設施可使光的無線通信系統(tǒng)迅速發(fā)展。[3-6]本文采用光通信的技術，設計了一款基于光通信技術的可見光無線耳機，這款耳機可以實現(xiàn)音頻信號的遠距離傳輸，采用可以不受時間和地點的限制，只要有燈光，隨時隨地都可以使用。目前市場上還沒有可見光耳機相關產品，運用可見光通信技術來實現(xiàn)耳機的創(chuàng)新設計，這款耳機可以實現(xiàn)音頻信號的在某些特定場所的應用，比如飛機上、博物館、英語四六級聽力考試等，該耳機音頻通信效果較好，抗干擾能力強，結構簡單，容易調試。

1 可見光耳機硬件系統(tǒng)設計

可見光耳機設計結構圖如下圖所示：

本系統(tǒng)主要由音頻檢測模塊、單片機與語音轉換芯片進行編碼、單片機與語音解碼芯片進行解碼、音頻信號放大模塊及耳機組成。

其中，發(fā)射端首先是把語音信號放大，利用MOS管驅動LED燈，轉成光信號，接收端是利用光敏二極管接收光信號轉電信號，小信號再利用音頻發(fā)放大器，放大，再驅動喇叭就可以。[7-8]

1.1 音頻檢測模塊和編碼調制模塊的設計

該模塊在信號的輸入端口利用一只10μF的電容進行串聯(lián)，然后再把音頻信號傳輸?shù)骄幋a調制模塊，該模塊是由單片機與語音轉換芯片構成。編碼調制模塊可以產生50KHz的正弦信號，其幅度值Vpp為500 mV。[9]

1.2 可見光發(fā)射模塊

發(fā)射端利用MOS管接收音頻信號，然后將其轉換為可見光信號，其原理是驅動LED燈，將LED燈光信號進行放大然后發(fā)射出去。[10]該電路是通過能夠使電流進行放大的共發(fā)射極基本放大器來進行信號放大的，該放大器帶負載能力強，具有隔離緩沖的作用，因此不易失真。

1.3 可見光接收模塊

該模塊主要利用光敏二極管的特性接收可見光信號，發(fā)射端發(fā)過來的信號通過具有放大特性的LM386來進行接收。然后將光信號傳送至解碼解調模塊。

1.4 信號的解調解碼模塊

該模塊主要是對接收到的語音信號進行轉換，通過單片機和D/A 轉換器語音解碼芯片來實現(xiàn)的。然后進行濾波，濾波是通過軟件程序來實現(xiàn)的，濾波之后可以得到解調解碼信號，其帶寬為250kHz。

2 總結

本文設計的可見光通信技術的光通信耳機是一種利用可見光白光LED作為通信的傳輸介質，在距離范圍內，能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。經過測驗和調試，這款耳機的通信效果較好，并且由于可見光抗電磁干擾性能比較強，所以此耳機的可靠性相對于市面上已有的耳機而言，可靠性更高一些，抗干擾能力更強一些，傳播速率更快一些。

參考文獻：

[1]劉宏展，呂曉旭，王發(fā)強，等.白光LED照明的可見光通信的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].光通信技術，2009，33（7）：53-56.

[2]駱宏圖，陳長纓，傅倩，等.白光LED室內可見光通信的關鍵技術[J].光通信技術，2011，35（2）：56-59.

[3]孫兆偉，吳國強，孔憲仁，等.國內外空間光通信技術發(fā)展及趨勢研究[J].光通信技術，2005，29（9）：61-64.

[4]吳承治.可見光通信技術及應用初探[J].現(xiàn)代傳輸，2012（3）：8-19.

[5]楊立偉，侯聰.基于白光LED的可見光通信技術研究[J].電信網(wǎng)技術，2013（12）：33-37.

[6]張民，羅鵬飛，馮淑蘭，等.基于相機的可見光通信技術[J].科技導報，2016，34（16）：82-89.

[7]基于激光二極管的可見光通信技術研究和硬件設計[D].南京航空航天大學，2014.

[8]鄒鑫.基于Android手機攝像頭的可見光通信技術研究[D].大連海事大學，2015.

[9]黃春梅，張煥珍.紅外無線耳機的設計[J].技術與市場，2012，19（4）：13-14.

[10]張琳，劉億文，曹義，等.由功放塊LM386構成的紅外耳機電路的設計[J].電子世界，2014（12）：149.