基于LED的可见光一对多音频传输系统设计

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工作稳定，两运放之间温度稳定性好等特点。
由于传输信号往往强度较低，因此在对信号进行调制之前，通常首先要利用前置放大电路对信号进行放大，并且在信号上增加直流偏置，保证信号强度均大于零，为后期的信号调制做好信号的预处理。
本系统中，在发送端，音频模拟信号首先经高通滤波去除噪声，从LM833的放大器1正向输入进，反向输入接地，音频信号经放大变为高频信号。放大器1的输出信号经低通滤波器去噪，而后从放大器2的正向输入，放大器1输出信号经去直接入反向输入端，此时，音频信号经过滤波放大稳定输出。
2.2 调制方式及LED驱动电路
2.2.1 调制方式
在本系统中，采用强度调制直接检测（IM/DD）的方式，由于模拟音频信号在不同音调下电压不同，在音乐播放过程中LED亮暗会随着音频信号的幅度大小进行变化，达到对光强度的直接调制目的。
2.2.2 LED驱动电路
完成对音频模拟信号的调制后，调制信号驱动三极管，使LED发光。調制信号的强弱改变LED光照强度的强弱。由于白光LED在大气信道中传输时会受到自由空间中吸收、散射、湍流等的影响，光强会有所衰减。因此，为了保证信号传输的高效性，使接收端获取具有足够能量的光信号，LED灯需要具有足够的发射功率，即LED驱动电路要有足够的输出功率。在本系统中，选用3.3V 3W的LED灯珠。
3 接收端电路设计
与发射端相对应，该系统中，接收模块要实现光信号向电信号的转换。这要求硬件电路要尽量实现最小的失真和噪声。尤其，在本系统中要实现一对多通信，即对多个接收端的信号恢复要求极高。接收端电路主要分为光电转换电路、跨阻放大电路、滤波电路等部分。
3.1 基于OPT101的光电转换电路
接收端接收到发射端发出的白光信号后，首先要将光信号通过光电转换电路转化为电信号。在本文中，选用OPT101光电转换器，它是集光敏二极管和信号放大于一体的器件，输出电压随光照强度成线性变化。
3.2 基于LM386的滤波电路
发射端发出的光信号在大气信道中的衰减，以及在接收端的光电信号转换，都有可能在使信号混入噪声，造成传输信号有效性的下降，为了提高音频通信系统的传输性能，要对所得放大信号进行滤波。LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。在接收端，音频信号正向输入，反向输入接地，通过了解常用的LM386电路，设定增益为50，即芯片引脚1和8之间接一个1.2kΩ电阻和一个10μf的电容。放大后的信号经过扬声器输出。
4 结语
经测试利用LED构建的音频信号传输系统实现了音频信号在可见光上的可靠传输，LED光源无肉眼可见的闪烁，在一定的范围内，音频信号清洗无失真，并且不受自然光和室内荧光灯的影响。本文在对基于LED的可见光通信技术研究和掌握的基础上，提出了一种基于白光LED的可见光一对多通信音频传输系统。利用一个发送模块、多个接收模块的架构，实现对模拟音频信号的几乎无失真的传输。是对VLC应用新领域的一次尝试与探索。本文中一对多的通信还有更广泛的利用与研究空间。相信随着光通信科技的不断发展进步，VLC这种具有高效能和高可靠性的新型通信方式将在越来越多的领域中得到广泛的应用。
参考文献
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