LED可見光音頻信號傳輸系統設計

張毅鵬 周凡 王志剛 王苗

摘 ?要：LED具有調制特性良好的優點，可以使LED光源在照明的同時傳輸音頻信號，本設計發射端利用三極管將音頻信號放大后驅動LED發光，LED的發光強度受音頻的調制，接收端利用光敏二極管接收調制信號，功率放大器進行功率放大，最后將音頻信號輸出，實現無失真音頻傳輸。

關鍵詞：LED;調制;放大;音頻傳輸

引言

LED具有高亮度、低功耗、靈敏度高、調制特點好等優點，利用這些特性可以實現在照明的同時，把信號調制到LED光中進行傳輸。實現利用可見光為信息載體，不使用光纖等有線傳輸介質，在空氣中直接傳送光信號的通信方式，即可見光通信技術（Visible Light Communication，VLC）

利用LED高速調試的特性將音頻信號調制到LED可見光上進行信息傳輸，這傳輸方式減少了電磁輻射對環境的影響，適合對電磁信號敏感的區域使用。在當前節能和環保兩大主題的前提下，隨著世界各國對白光照明光源的大力推廣，以及其光譜特性、一特性、調制特性等性能的提高，基于白光可見光通信正在逐漸發展起來。

1 系統設計

系統整體由發射端和接收端兩部分組成，發射端由MP3或音頻信號發生器輸入音頻信號，通過三極管放大電路將音頻信號放大，并驅動LED發光。接收端將光信號轉化為電信經放大電路放大，再由功率放大器進行功率放大，從揚聲器輸出。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 電路設計

（1）電源設計。電源輸入電壓為220V工頻交流電，三端穩壓器采用電子設備中常用的線性穩壓集成電路LM7812和LM7912。電路如圖2所示，電路圖中LM7812和LM7912接有一大一小兩個濾波電容，大電容低頻濾波，小電容高頻濾波。跨接于LM7812和LM7912輸入輸出端的二極管D4、D5可以保護三端穩壓器不被反向浪涌電流的沖擊而燒毀。

（2）發射端設計。發射端電路如圖3所示，當音頻信號由A、B端輸入，經耦合電容C1的隔直作用后會在三極管的基極加上一組和音頻信號一樣變化的電流，在由三極管的放大作用，驅動兩個LED。因LED的發光強度與電流的大小成正比，所以LED的發光強度與音頻信號的幅度大小同步調制，實現音頻信號的發射。

（3）接收端設計。接收端電路如圖4所示，由光敏二極管和UA741組成的光電轉換電路和音頻頻放大電路成。

光敏二極管與半導體二極管結構類似，管芯是一個具有光敏特征的PN結，工作時需加反向電壓。無光源時，光敏二極管截止，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流。有光照時，飽和反向漏電流隨光照強度的增大而增大，形成光電流。PN結受到光線照射時，在PN結中產生使少數載流子密度增加的電子-空穴對。在反向電壓的作用下載流子發生漂移，使反向電流變大。因此，可以利用光照強弱來改變電路中的電流，從而實現光電信號的換。由光敏二極管接收到的信號，經兩個UA741組成的放大電路放大后再入音頻放大電路。音頻放大電路采用LM386外接原件最少的用法，由于引腳的1和8開路，集成運放的電壓增益為26dB，即電壓放大倍數為20，利用變阻器R10可以調節音量大小。

3 結束語

經測試利用LED構建的音頻信號傳輸系統實現了音頻信號在可見光上的可靠傳輸。LED光源無肉眼可見的閃爍，其通信距離在0.5m范圍內，傳輸角度30°左右，音頻信號清晰無失真，并且不受自然光和室內熒光燈的影響。

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