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1、 编号： 毕业设计说明书题 目： 可见光音频传输系统可见光音频传输系统 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 学 号： 00800210116 指导教师： 职 称： 讲师 题目类型：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发年 5 月 25 日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 页 共 IV 页摘 要可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前
2、景。本次设计使音频信号通过 NE555 调制电路调制，用白色 LED 灯进行发射，转换为调频信号，接收端使用光敏二极管进行接收，首先进行滤波，然后用 LM318 运算放大器进行放大，并用 NE564 进行解调，被还原的信号通过 TDA2822 进行音频信号的放大并输出到喇叭，还原出音频信号，从而完成信息的传输。关键词：可见光通信；调频；锁相环解调；桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 I 页 共 IV 页AbstractVisible optical communication technology, using fluorescent or light emitting diode
3、is the issue of the invisible to the naked eye twinkle light and shade to transmission of information signal.High speed Internet wire device is connected with the lighting device,Insert the power plug to use.Use of this technique made the system can cover the interior lighting reach, computer does n
4、ot need to be electrically connected, so it has a wide prospect of development.This design make audio signal through the NE555 modulation circuit modulation.With white LED lights for launch.Converts the frequency modulated signal,The receiving end photosensitive diode to receive use,The first filter
5、, and thenLM318 operational amplifier for amplifying，and NE564 for demodulation,The signal through the TDA2822 reduction for audio signal amplifier and the output to horn,The audio signal reduction so as to complete the information transmission.Key words: Visible optical communication;桂林电子科技大学毕业设计（论
6、文）报告用纸 第 II 页 共 IV 页目 录 引言.1 1 绪论11.1 可见光音频传输研究现状.11.2 课题研究方向.2 2 方案论证32.1 运放的选择.32.1.1 方案一采用 LM318.32.1.2 方案二采用三极管3 3 系统设计制作43.1 系统框图.43.2 电路设计.43.2.1 稳压部分43.2.2 NE555FM 调制部分53.2.3 LED 灯恒流驱动 FM 信号发射电路.83.2.4 光敏接收装置及滤波器93.2.5 运算放大器103.2.6 NE564 解调 .113.2.7 音频信号放大部分.153.3 PCB 设计163.3.1 PCB 设计软 Protel
7、l99SE.163.3.2 PCB 设计流程.173.4 硬件制作193.4.1 铜板的整修193.4.2 热转印193.4.3 腐蚀铜板193.4.4 打孔203.4.5 焊接20 4 硬件电路检查20 5 硬件电路调试过程205.1 硬件电路调试.205.1.1 直观检查215.1.2 关键位置检查215.1.3 不安装重要芯片情况下的通电检查215.1.4 装上芯片后的检查21桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 III 页 共 IV 页5.1.5 发射部分整体调试215.1.6 接收部分整体调试215.2 电路调试中的问题及修改225.2.1 发光二极管的修改225.2.2 L
8、M339 比较器的删减.225.3 调试完成后的结果.22 6 总结25 谢 辞.27 参考文献.28 附 录.29桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 0 页 共 34 页引言引言20世纪90年代后期，随着全光接入技术的发展和人们对高速无线宽带通信的要求，一种信息容量大和部署灵活、维护方便、安全保密的无线光通信技术，得到了人们的极大关注，它为无线宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案，其应用范围已从军用和航天领域迈入民用领域。近几年来，被誉为“ 绿色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛，利用半导体（LED）器件高速点灭的发光响应特性，将信号调制到LED可见光上进行传输，使可见光
9、通信与LED照明相结合构建出LED 照明和通信两用基站灯，可为光通信提供一种全新的宽带接入方式。可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光 LED。白光 LED 在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光 LED 功率已经达到 5W，发光效率也已经达到 90lm/W，其发光效率（流明效率）已经超过白炽灯
10、，接近荧光灯。白光 LED 的光效超过 100lm/W 并达到 200lm/W（可以完全取代现有的照明设备）在不久的将来即可实现。因而 LED 照明光通信技术具有极大的发展前景，已引起人们的广泛关注和研究与目前使用的无线局域网（无线 LAN）相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线 LAN 局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会
11、影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。1 绪论1.1 可见光音频传输研究现状可见光无线通信分室外通信和室内通信两大类。室外可见光无线通信技术目前主要应用在智能交通系统中，香港大学G . Pang等人提出了利用交通指示灯为车辆传输语音广播信号，将语音信号通过OOK调制加至LED光源，实现了低速的无线LED可见光传输。日本KEIO大学Kitano等人分析了在不同的接收方向角和视场角下信噪比的好坏，以及在一定误码率下信噪比和接收数据率的关系，认为LED可见光公路照明通信系统优于红外公路交通通信系统。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共
12、 34 页室内LED可见光无线通信技术主要应用在室内无线宽带接入网中，日本KEIO大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama提出了利用LED照明灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。他们以室内光传输信道为传输模型，将信道分为直接信道和反射信道两部分，以强度调制直接检测为光调制形式进行了建模仿真，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系，认为传送数据率在10Mbps以下的系统是可行的，码间干扰和多径效应是影响系统性能的两大因素。LED 可见光无线通信系统的信号传输信道是随机信道，LED 可见光的波长与大气中的尘灰、气体分子、大雾、雨滴的尺寸相近甚至更小，容易产
13、生光的散射及吸收造成信号的严重衰减，阳光等背景光也会对系统的性能产生影响。要保证在随机信道下的正常工作，还必须对 LED 可见光传输信道作更深入的研究。目前在对室内信道进行分析时，都是将信道分成直射信道和墙壁反射信道两部分进行研究，但对背景光、散射等未作分析。因此建立恰当的室外传输模型和室内传输模型将有助于对系统展开深入的研究。1.2 课题研究方向LED可见光无线通信，现阶段主要应用在室内局域网和智能交通系统中，未来LED可见光无线通信技术将向以下几方面发展。室内LED可见光通信采用OFDM调制技术、CDMA接入技术及分组编码技术具有良好的发展前景，但采用OFDM调制技术时，幅度不断变化的CF
14、DM信号工作在大信号幅度时可能会驱动功放进入非线性区产生失真。其次，目前LED灯分多芯片和单芯片两种，采用OFDM 调制技术、CDMA接入方式下采用何种芯片能达到更高的传信率和更少的误码率还有待研究。还有目前LED可见光无线通信系统研究主要是针对下行链路，系统上行链路研究还有待深入。由于LED 照明基站灯安装在天花板、公路两旁或交通枢纽上，铺设新的通信电缆成本太高，如与电力线载波通信结合在一起，利用电力线来传输通信信号可大幅降低投资成本。在日本等发达国家已得到了广泛应用，南京联通也在一些小区里开通了10M带宽的电力线上网业务。LED可见光无线通信与电力线载波通信相结合将是未来的发展趋势。LED
15、可见光无线通信技术可为城市车辆的移动导航及定位提供一种全新的方法。汽车照明基本上都采用LED灯，将光接收机安装在道路边或汽车上，组成汽车至交通控制中心（ 连接着道路边的光接收机） 、路灯至汽车或汽车至汽车的通信链路，可为夜间行驶车辆进行导航、定位，并且能够让驾驶员即时知道各条道路的车辆流量，这也是LED可见光无线通信在智能交通系统中的发展方向。面对用户的迅速增加及人们对高速、宽带的多媒体通信的需求，电磁波的可用频带范围已变得越来越有限，而LED可见光无线通信使用光频段传输信息具有宽广的通信桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 34 页带宽，避免了电磁干扰冲突又无需申请频段使
16、用执照，能满足下一代多媒体通信的要求。随着具有节能、环保、使用寿命长等优点的LED 照明灯的普及，以及各种关键技术的不断进步和完善，LED可见光无线通信有望成为新的通信传输方式及下一代室内无线通信技术。是一个有待大力进行研究并具有极大应用价值的领域。2 方案论证 2.1 运放的选择2.1.1 方案一采用 LM318LM318 运算放大器是美国生产的通用型运放系列中速度最快的器件与其他种类的通用型运放相比电压转换速率高、频带宽、输出动态范围大、较完善的保护电路等突出优点。 LM318 在快速 A/D 和 D/A 转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率 SR 一定要高,单位增益带宽 B
