基于大功率白光led的可见光音频传输系统设计与实现

《基于大功率白光led的可见光音频传输系统设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于大功率白光LED的可见光音频传输系统设计与实现摘要：可见光通信是一项新兴基于白光LED的无线光通信技术能够同时实现照明和通信双重功能实现一种使用大功率白光LED音频传输系统。发射端使用24V单电源运放将音频信号放大后驱动大功率三极管控制LED发光，实现音频信号传输。接收端采用光敏二极管接收设计低噪声前置放大电路，系统实现了音频信号无失真传输。关键词：可见光通信大功率白光LED低噪声前置放大器音频传输中图分类号:TN929.1文献标识码:A文章编号：1003-9082(2017)04-0007-0

2、2一、引言白光LED具有高亮度、低功耗、使用寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被视为第四代节能环保型的照明光源［1］。与普通光源比较，可见光LED因其高速调制特性已被应用在中短距离光纤通信中，将照明与无线通信融于一体，逐渐发展成为一种新兴的光无线通信技术。光无线通信技术与射频无线通信相比，有无需频带申请、造价低等许多优点。本文选用10w大功率白光LED作为发光器件，光敏二极管作为接收器件，采用光强度调制/直接探测系统，设计实现了音频信号传送系统。二、系统设计1.系统方案大功率白光LED可见光音频传输系

3、统如图1所示，包括发送端和接收端两个子系统，可见光发送端子系统包括直流电源模块、信号输入模块与可见光通信发送模块；可见光接收端子系统包括直流电源模块、可见光通信接收模块与信号输出模块等。发射端电路将待传输的音频信号转换成便于在光载波上传输的信号，经白光LED驱动电路将电信号调制成LED的光载波强度变化的光信号，以光束的形式发射到大气信道中进行传输，再由光电探测器接收光信号，将光信号转换成电信号，接收端电路对转换后的信号进行放大后驱动音箱，并将音频信号还原出来。2.电源设计利用单片式开关稳压器LM25

4、76-ADJ替代线性稳压器构成串联开关式稳压电源，在电路中只需增加续流二极管和储能电感和滤波电容分压取样电阻等几只元器件，使电路更加简洁，除具有线性电源宽范围连续可调的优点外，同时使电源效率得到了大幅度提高，电路原理图如图2所示。1.可见光发送端设计选用市场普通10W大功率白光LED作为发光器件，音频信号经电容C1取样后，通过LM358放大后驱动功率三极管2N3055,控制LED发光。这样就将音频信号变成了亮度变化的光信号，音频信号变化较快，亮度变化眼睛基本不可见。直流偏置电压的设计，电路设计中静态

5、时C1相当于断开，电路相当于电压跟随器，运放输出电压相当于同相端输入电压，调整电位器VR1使同相端输入电压约为12V左右，输出直流电压也为12V,此时动态响应范围最大。交流信号放大倍数设计，Av=-R14/R15=-2倍［2］。LED亮度设计，通过调整基极限流电阻R5的大小，可以调整通过三极管Q1的电流，通过电流大的时候，LED亮度高，电流小的时候LED亮度低。限流电阻R5的大小选取，电路设计过程中先使用20K可调电阻串联运放U1的输出端与三极管Q1的基极之间，调整可调电阻的大小观察亮度和音频传送效

6、果，电阻值为2.1K时LED通过约1A电流，LED工作在额定功率，随电阻值逐渐变大LED亮度逐渐变低，在10K时LED通过约100mA电流，在这个范围内音频信号传输都能满足系统设计需求。可见光发送端电路原理图如图3所示：1.可?光接收端设计可见光接收端接收LED发出的亮度变化的白光，使用光电检测电路得到与亮度相关的电压信号，并经过放大电路放大后接功放电路输入端。可见光接收端电图如图4所示。光电探测器是光接收端的核心器件，由于PIN光电二极管的光电转换线性度好、响应速度快、价格较低且无需高工作电压，满

7、足系统对光电检测：光电探测器的光谱范围、光电转换效率、响应速度、线性度等的要求，所以本设计中的光电探测器采用PIN光敏二极管。PIN光敏二极管检测到LED发出的光，光线的亮暗影响光敏二极管中电流的大小，通过5.1KQ采样电阻采集到与光敏二极管中的电流成正比的电压，用4.7UF电容将电压中与音频信号相关的交流电压信号分离出来，并通过LM358放大后送入集成功放输入端。初级放大电路中采用交流放大电路设计，同相输入端接偏置电压为系统工作提供合适的静态工作点，通过调整电位器VR1使同相输入端电压约为4.5V

8、,交流电压放大倍数为反向输入放大，放大倍数Av=-R19/R8=-1倍。次级放大电路采用直流放大设计，将直流信号和交流信号同时放大，放大倍数A=l+R12/R10=2.33倍，次级电路采用直流放大较采用交流放大时动态效果好在频率较高时信号没有失真，只是幅度有所降低。音频信号经两级放大后经过电位器R14输出值功放电路输入端，调整电位器位置可以调整系统输出音量。1.功放电路设计功放电路采用集成功放模块TDA2030实现，该模块是许多电脑有源音箱所采用的Hi-Fi功放集成块