可见光通信音频传输系统的设计与研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUCHANGQI2003
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随着半导体产业的快速发展,发光二极管(LED)逐步取代传统的白炽灯,作为新一代照明设备,是当今使用范围较广的主流节能光源。LED具有寿命长、发光强度高、低功耗与绿色无污染等优势,在大型商场、街道、家庭和交通设施等场景下都使用LED灯照明。可见光通信(Visible Light Communication,VLC)利用LED发射的光作为载体实现通信,可利用频谱资源超过400太赫兹(THz),具有保密性好、无EMI等优点,兼顾照明和无线通信的功能,是一种绿色环保的无线通信技术。本文首先对基于VLC的实时音频传输系统进行了设计与研究,在发射端通过蓝牙音频模块对模拟信号进行采集,传输到后续放大与驱动电路中进行信号处理,利用信号的强度调制来驱动LED使其发出可见光。在接收端通过光电探测器感知光信号并进行光电转换工作,经后续功放和其它电路处理,将电信号放大并解码还原,再由扬声器播放语音,此时系统完成了VLC音频传输的过程。其次设计了一种VLC无线解说系统,在博物馆每个展台的顶部安装LED,将展品的相关信息通过调制后加载于LED可见光中,参观者手持接收设备来收听展品信息。此解说系统可在博物馆等场所通过可见光来传输数据,实现了对特定灯光下展品背景信息的解说。本文的主要研究工作包括:(1)实现了以白光LED为信源的VLC实时音频传输系统。对音频信号进行采样,通过强度调制直接检测技术处理信号,完成VLC音频通信的发射端与接收端设计,包括蓝牙音频采集电路、LED驱动电路、功放电路以及可见光接收电路,其次进行器件选型并搭建系统。最终对VLC音频传输系统进行测试,结果表明系统能完成音频的传输,传输距离能达到2.2m,证实整个系统设计的可行性。该系统可应用在大型超市、广场和客运站等长照明场所,以及在不同室内通过LED来照明与语音通信。(2)实现了一种基于VLC无线解说系统。该系统由单片机主控,通过DPIM与强度调制相结合的方式,以及LED专用驱动芯片CAT4104和双电压比较器LM393来处理信号,利用单片机对信息解码解调,运用AD软件设计收发端电路图,并成功搭建系统实物。最终通过测试,系统最大单向传输距离为1.7m,可实现在LED光源下对展品信息的解说,可以节省人工解说的成本与时间。
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