基于大功率白光led的可见光双路通信系统设计方案毕业设计(编辑修改稿)

基于大功率白光led的可见光双路通信系统设计方案毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

范围内受 LED 的个数、电阻及串口模块分频的影响不大。 利用 6B8B 编码技术，可以保证系统高速传输数据的同时，信号传输距离超过。 该研究组正在寻找一种更加适合白光 LED 通信的 mBnB分组编码方式，以进一步改进通信效能。 分集接收技术 一种基于分集技术的光接收机技术可以用来克服码间干扰和阴影的影响 [9]。 分集接收的思想就是在接收机的不同方向上安装多个光电探测器，对多个探测器接收到的信号进行比较，选取信噪比最大的信号进行通信。 分集接收电路的设计根据信号传输速率的不同分为两类。 在通信速率不是很高时(通常低于 100M 时 )，采用低速率分集接收装置，就是简单地将多个信号直接相加，总体上提高接收信号的功率，如图 所示。 当传输速率超过 100M 时，由于码间串扰的影响，不能将信号直接相加，必须设计专门的控制电路对信道进行自动判决和选择，高速率分集接收装置如图 所示。 在高速通信中，信噪比最大的方向为直射链接的方向。 此时，应选取最接近直射链接的方向作为最佳接收方向。 图 低速率分集接收探测器原理框图 Low rate of diversity reception block diagram of the detector . 6 图 高速率分集接收探测器原理框图 Block diagram of a high rate of diversity reception probe 在接收机的不同方向上安装的多个光电探测器均匀分布于一个半球面上，这样在减少探测器个数的同时又提高了接收效果。 只要不是整个接收机被遮住，通信就不会中断。 关于探测器的个数和布局，需要根据具体环境和通信性能的要求来决定。 理论计算和计算机仿真结果表明，采用分集接收系统，能很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。 而且，当接收机随用户位置改变或室内有人员走动和其他物体产生阴影时，通过分集接收系统自动判决和选择，不需要人工设置就能保证通 信系统的畅通。 实验证明，在高速通信中，采用分集接收技术的系统信噪比平均提高了 2dB，有效提高了系统性能。 自适应传输技术 采用自适应收发器的设计方案，可以有效减缓光无线通信中信噪比的剧烈波动 [7]。 在发射端，借助一个信号处理器 (DSP)来完成对机电定向系统的实时控制。 DSP 被广泛应用于现代通信中，使通信系统获得更高的信噪比、更好的灵活性及调节预见性。 对白噪声、非平衡干扰和多径干扰，可以有相应的实现方法去进行最佳的信号处理。 在接收端，则采用单一的光电检测器来简化对光前端的设计。 这个优化的设计方案采用定向机制将更多的光能量集中到单一信道，一方面由于接收端视场的减小而降低了环境噪声对系统性能的影响，另一方面大大提高了系统抗多径畸变的能力。 白光 LED 通信的展望 凡是用 LED 进行照明和指示的设备加上通信的功能即可衍生出新用途。 在博物馆、展会等场馆内，参观者只要手持相应的接收设备 (如手机 )，就可以随时随地接收加载了信息的 LED 灯传输的文字、声音、图像等，使讲解更加生动。 将此技术应用于一些小商品如手电筒、玩具、礼品等 LED 上，可成为前所未有的新产品。 如可用作电子钱包的手机，可成为入场券的 LED 请柬，可互相打招呼的玩具等等。 大屏幕 LED 显示以及 LED 交通信号灯，成为实时信息下载平台，人们用手机对准. 7 即可下载屏幕上的显示内容：商品广告和优惠信息、股市行情、实时交通信息等。 在白光 LED 照明未来最大的市场 ， 车用照明领域，构成汽车大 功率 LED 前照灯信息传输系统 [10]。 将车牌号、车速、载重量等多种信息自动瞬时地传输到各种交通监测设备，实现自动缴费、车量登记、测速等，解决目前智能交通系统 ITS 中最为头痛的车辆信息采集问题。 LED 尾灯也可与后车快速传递路况、刹车等信息，避免交通事故的发生。 此外，也可应用于自动车库门、私家停车场等，实现无人化管理。 . 8 2 系统方案 电源方案选择与论证 方案一：采用变压器及三端稳压器 LM7824。 利用直流稳压器构成稳压电路，当 220V 50Hz 交流电压通过电源变压器降压后，变为 24V 交流电，再通过桥式整流成直流电，经过电容滤波，减少电纹波系数，最后通过三端稳压器 7824 进行稳压，将输出电压稳定在 24V 左右。 此种方案操作简单且可靠性高，电压稳定。 见图 :24V 电源模块原理图。 图 24V 电源模块原理图 24V Power Module Schematic 方案二：采用 Buck 降压管。 使用 Buck 降压管进行电路设计，电路简单，电压变比可由零到无穷大，既可升压又可降压。 但是此种方式下输入、输出电流皆有 脉动 ，使得对输入电源有电磁干扰且输出 纹波 较大。 实际应用时 需要加有输入， 输出滤波器； 并且开关晶体管发射极不接地，使 驱动电路 复杂化。 见图 : Buck 降压管的电源电路图。 图 Buck 管降压电路图 . 9 Buck Buck tube circuit diagram 综上所述，为简化设计电路，提高设计效率，确保电路可靠性，选用方案一。 LED 驱动电路方案的选择与论证 方案一：采用音频功放 LM386 模块。 LM386 是一种音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。 其电压增益调节范围在 20200 之间的任意值。 输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW。 其工作范围宽，可为 412V 或 518V，并且其低失真度的特性，使其在音频采集上具备较大优势。 本可见光通信装置中使用的电源电压为 24V，超出了 LM386 的工作电 压范围，若要使用 LM386 芯片，则需要在接入 24V 电源后再次降压，以避免烧坏芯片。 LM386驱动放大电路电路图如图 所示。 图 LM386 音频驱动电路图 LM386 audio driver circuit diagram 方案二：采用 MOS 管。 MOS 管是电压控制型器件。 主要特点是电压控制，输入阻抗高，功率增益高，驱动功率小，开关的速度快，开关时间由寄生电容决定，因此其应用广泛。 但是，由于其本身寄生电容的存在，会影响 MOS 管的导通、关断的时间，使其控制的可靠性降低，烧坏的可 能性增大。 若在本设计中使用 MOS 管驱动电路，需要在直流情况下，将 Q 点调至 10V，才能使 MOS 管正常工作。 MOS 管驱动电路的电路图如图 所示。 . 10 图 MOS 管驱动电路 MOS tube drive circuit 方案三：采用 LM3406 设计大功率 LED 驱动电路。 LM3406LED 驱动拥有以下优点，一是提供 PWM 调光端口，安全可靠；二是内部具有过温保护，低电压保护，高电流保护功能，以保证系统稳定可靠的工作；三是单片 LM3406 可以瞬间提供超过 的电流，远高于其他同类芯片；四是芯片可以兼容 642VDC 的输入电源，电源兼容性好。 本设计可以采用此种电路进行 LED 驱动电路的设计。 见图 :LM3406 的典型运用电路。 图 LM3406 典型运用电路 LM3406 typical application circuit 本设计所使用的电源电压为 24V，而方案一中 LM386 芯片的最大电压为 18V，故方案一不可选；另外本设计需要较高的稳定性、可靠性以保证装置后续功能的正常运行，且满足大功率 LED 驱动，故方案二存在较大缺陷。 综上所述，选择方案三。 . 11 3 理论分析与计算 电路结构分析 本设计的输入信号有两部分，一是 A 路的语音信号，由 MP3 或麦克风提供；二是B 路的模拟波形信号和方波信号同时输入调制模块的载波信号，方波信号与模拟波形信号调制后再与放大后的音频信号经白光 LED信道将信息传送给接收端。 其中的白光 LED为大功率电路，为防止仪器过热造成电路损坏，专门设计有散热器模块。 发送端也分为两大部分，一是处理 A 路传输来的语音信号，二是处理 B 路传输来的模拟波形信号及555 波形信号。 发送部分： A 路由 MP3 或麦克风提供语音信号和 LM386 音频放大电路组成； B 路信号首先通过 NE555 方波发生器产生频率大于 40KHz 的方波，然后与模拟波形信号共同调制后，再与 A 路语音信号同时经过 LED 白光将信息传送至接收端。 接收部分： A 路的语音信号通过 LM386 音频功放电路后再经点解电容传送到接收端，此时还可能会产生杂波或是噪音等其他干扰物质，为减少干扰，需要运用带通滤波电路进行滤波。 要获得不失真且清晰的输出信号，还需要采用放大电路对接收到的信号进行处理。 B 路输出同样需要滤波电路，与 A 路不同是，需要使用高通滤波电路，由于在发送端时 B 路输入的信号经过调制， 要获得原信号，需要使用解调电路解调，然后经过放大电路来获得所需信号。 电源部分：电源包括 24V 直流电源和 12V 直流电源。 是通过变压、整流、稳压获得的。 使用降压整流电路并结合三端稳压器 LM782 LM781 LM7805 来获得所需电源。 电路参数分析 555 方波发生器参数分析 利用 NE555 芯片组成多谐振荡电路自激产生脉冲波形。 利用电容 C 不断充放电使得 555 定时器交替输出高低电平形成方波。 参数分析过程如下： 放电持续时间（即低电平持续时间）为 ： 由 ，可得。 充电持续时间（即高电平持续时间）为： 由 ， . 12 可得。 根据设计所需的方波，选用适合的电阻及电容值就能得到相应的方波信号。 调制解调电路参数分析 调制解调电路是利用集成模拟乘法器原理。