一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统论文和设计-韩敬东

全文摘要

本实用新型公开了一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，包括接收端、发射端和线型直流稳压电源，线型直流稳压电源连接接收端和发射端，发射端连接接收端；接收端包括PIN光电二极管，PIN光电二极管连接有A路接收端电路和B路接收端电路。具有以下优点：接收端将接收到的信号经两路电路进行处理，接收端以较小的附加噪声、低失真度和高增益恢复出经可见光通道传输后光载波所携带的信息。

主设计要求

1.一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，其特征在于：包括接收端、发射端和线型直流稳压电源，线型直流稳压电源连接接收端和发射端，发射端连接接收端；所述线型直流稳压电源包括变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块，220V的交流电经变压模块降压后，经整流模块后变成直流电压，然后经滤波模块输入到稳压模块，最后在稳压模块的输出端输出24V，对各模块进行供电；所述接收端包括PIN光电二极管，PIN光电二极管连接有A路接收端电路和B路接收端电路，A路接收端电路包括高通滤波模块，高通滤波模块连接有A路放大模块，A路放大模块连接有限幅模块，限幅模块连接有信号解调模块，信号解调模块连接有A路前置放大模块，A路前置放大模块连接有A路功放模块，A路功放模块连接有音频输出模块；B路接收端电路包括低通滤波模块，低通滤波模块连接有B路前置放大模块，B路前置放大模块连接有B路功放模块，B路功放模块连接有音频输出模块；所述信号解调模块包括芯片U2，芯片U2的型号为LM567；所述芯片U2的1脚连接有电容C15一端，电容C15另一端接地，芯片U2的3脚连接有电容C18一端，电容C18另一端连接有二极管D2一端和二极管D3一端，并接入A路接收端电路接收到的信号，二极管D2另一端和二极管D3另一端接地；所述芯片U2的8脚连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的4脚接VCC电源，芯片U2的6脚连接有电容C17一端和可调电阻R5一端，电容C17另一端接地，可调电阻R5另一端连接芯片U2的5脚，芯片U2的7脚接地，芯片U2的2脚连接有电容C16一端和电容C19一端，电容C16另一端接地，电容C19另一端连接A路前置放大模块；所述A路功放模块包括芯片U3，芯片U3的型号为TPA3112DIPWPR；所述芯片U3的1脚连接有电阻R1一端和芯片U3的2脚，电阻R1另一端接PVCC电源，芯片U3的7脚连接有电阻R2一端，并接入AVCC电源，电阻R2另一端接PVCC电源，芯片U3的8脚连接有电容C6一端和电容C7一端，电容C6另一端接AVCC电源，电容C7另一端连接芯片U3的9脚和10脚，芯片U3的11脚连接有电容C9一端，电容C9另一端接地，芯片U3的12脚连接有电容C11一端，电容C11另一端输入有经前置放大模块放大的解调信号；所述芯片U3的14脚、15脚和16脚连接AVCC电源，芯片U3的16脚连接有电容C12一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C12另一端、电容C13另一端和电容C14另一端接地，芯片U3的18脚连接有电容C10一端，电容C10另一端连接芯片U3的17脚和21脚，芯片U3的20脚连接芯片U3的18脚，并连接有音频输出模块，芯片U3的25脚连接有电容C4一端，电容C4另一端连接芯片U3的22脚和26脚，芯片U3的23脚连接芯片U3的25脚，并连接有音频输出模块；所述音频输出模块包括电感L1和电感L2，电感L1一端连接有芯片U3的23脚，电感L2一端连接有芯片U3的20脚，电感L1另一端连接有电容C5一端和喇叭LS1一端，电感L2另一端连接有电容C8一端和喇叭LS1另一端，电容C5另一端和电容C8另一端接地。

设计方案

1.一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，其特征在于：包括接收端、发射端和线型直流稳压电源，线型直流稳压电源连接接收端和发射端，发射端连接接收端；

所述线型直流稳压电源包括变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块，220V的交流电经变压模块降压后，经整流模块后变成直流电压，然后经滤波模块输入到稳压模块，最后在稳压模块的输出端输出24V，对各模块进行供电；

所述接收端包括PIN光电二极管，PIN光电二极管连接有A路接收端电路和B路接收端电路，A路接收端电路包括高通滤波模块，高通滤波模块连接有A路放大模块，A路放大模块连接有限幅模块，限幅模块连接有信号解调模块，信号解调模块连接有A路前置放大模块，A路前置放大模块连接有A路功放模块，A路功放模块连接有音频输出模块；B路接收端电路包括低通滤波模块，低通滤波模块连接有B路前置放大模块，B路前置放大模块连接有B路功放模块，B路功放模块连接有音频输出模块；

所述信号解调模块包括芯片U2，芯片U2的型号为LM567；

所述芯片U2的1脚连接有电容C15一端，电容C15另一端接地，芯片U2的3脚连接有电容C18一端，电容C18另一端连接有二极管D2一端和二极管D3一端，并接入A路接收端电路接收到的信号，二极管D2另一端和二极管D3另一端接地；

所述芯片U2的8脚连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的4脚接VCC电源，芯片U2的6脚连接有电容C17一端和可调电阻R5一端，电容C17另一端接地，可调电阻R5另一端连接芯片U2的5脚，芯片U2的7脚接地，芯片U2的2脚连接有电容C16一端和电容C19一端，电容C16另一端接地，电容C19另一端连接A路前置放大模块；

所述A路功放模块包括芯片U3，芯片U3的型号为TPA3112DIPWPR；

所述芯片U3的1脚连接有电阻R1一端和芯片U3的2脚，电阻R1另一端接PVCC电源，芯片U3的7脚连接有电阻R2一端，并接入AVCC电源，电阻R2另一端接PVCC电源，芯片U3的8脚连接有电容C6一端和电容C7一端，电容C6另一端接AVCC电源，电容C7另一端连接芯片U3的9脚和10脚，芯片U3的11脚连接有电容C9一端，电容C9另一端接地，芯片U3的12脚连接有电容C11一端，电容C11另一端输入有经前置放大模块放大的解调信号；

所述芯片U3的14脚、15脚和16脚连接AVCC电源，芯片U3的16脚连接有电容C12一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C12另一端、电容C13另一端和电容C14另一端接地，芯片U3的18脚连接有电容C10一端，电容C10另一端连接芯片U3的17脚和21脚，芯片U3的20脚连接芯片U3的18脚，并连接有音频输出模块，芯片U3的25脚连接有电容C4一端，电容C4另一端连接芯片U3的22脚和26脚，芯片U3的23脚连接芯片U3的25脚，并连接有音频输出模块；

所述音频输出模块包括电感L1和电感L2，电感L1一端连接有芯片U3的23脚，电感L2一端连接有芯片U3的20脚，电感L1另一端连接有电容C5一端和喇叭LS1一端，电感L2另一端连接有电容C8一端和喇叭LS1另一端，电容C5另一端和电容C8另一端接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型是一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，属于电子通信技术领域。

背景技术

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。

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影响通信速度。

现有的可见光通信系统的光信号接收端存在以下问题：

1、接收端对接收到的信号采用单路信号处理；

2、接收端在对接收到信号处理过程中存在附加噪声大、失真度高、低增益等问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，接收端将接收到的信号经两路电路进行处理，接收端以较小的附加噪声、低失真度和高增益恢复出经可见光通道传输后光载波所携带的信息。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，包括接收端、发射端和线型直流稳压电源，线型直流稳压电源连接接收端和发射端，发射端连接接收端；

所述接收端包括PIN光电二极管，PIN光电二极二极管连接有A路接收端电路和B路接收端电路，A路接收端电路包括高通滤波模块，高通滤波模块连接有A路放大模块，A路放大模块连接有限幅模块，限幅模块连接有信号解调模块，信号解调模块连接有A路前置放大模块，A路前置放大模块连接有A路功放模块，A路功放模块连接有音频输出模块；B路接收端电路包括低通滤波模块，低通滤波模块连接有B路前置放大模块，B路前置放大模块连接有B路功放模块，B路功放模块连接有音频输出模块。

进一步的，所述信号解调模块包括芯片U2，芯片U2的型号为LM567。

进一步的，所述芯片U2的1脚连接有电容C15一端，电容C15另一端接地，芯片U2的3脚连接有电容C18一端，电容C18另一端连接有二极管D2一端和二极管D3一端，并接入A路接收端电路接收到的信号，二极管D2另一端和二极管D3另一端接地。

进一步的，所述芯片U2的8脚连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的4脚接VCC电源，芯片U2的6脚连接有电容C17一端和可调电阻R5一端，电容C17另一端接地，可调电阻R5另一端连接芯片U2的5脚，芯片U2的7脚接地，芯片U2的2脚连接有电容C16一端和电容C19一端，电容C16另一端接地，电容C19另一端连接A路前置放大模块。

进一步的，所述A路功放模块包括芯片U3，芯片U3的型号为TPA3112DIPWPR。

进一步的，所述芯片U3的1脚连接有电阻R1一端和芯片U3的2脚，电阻R1另一端接PVCC电源，芯片U3的7脚连接有电阻R2一端，并接入AVCC电源，电阻R2另一端接PVCC电源，芯片U3的8脚连接有电容C6一端和电容C7一端，电容C6另一端接AVCC电源，电容C7另一端连接芯片U3的9脚和10脚，芯片U3的11脚连接有电容C9一端，电容C9另一端接地，芯片U3的12脚连接有电容C11一端，电容C11另一端输入有经前置放大模块放大的解调信号

进一步的，所述芯片U3的14脚、15脚和16脚连接AVCC电源，芯片U3的16脚连接有电容C12一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C12另一端、电容C13另一端和电容C14另一端接地，芯片U3的18脚连接有电容C10一端，电容C10另一端连接芯片U3的17脚和21脚，芯片U3的20脚连接芯片U3的18脚，并连接有音频输出模块，芯片U3的25脚连接有电容C4一端，电容C4另一端连接芯片U3的22脚和26脚，芯片U3的23脚连接芯片U3的25脚，并连接有音频输出模块。

进一步的，所述音频输出模块包括电感L1和电感L2，电感L1一端连接有芯片U3的23脚，电感L2一端连接有芯片U3的20脚，电感L1另一端连接有电容C5一端和喇叭LS1一端，电感L2另一端连接有电容C8一端和喇叭LS1另一端，电容C5另一端和电容C8另一端接地。

进一步的，所述发射端将模拟信号转换成光信号，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，再由PIN光电二极管将光信号转换成电信号，接收端电路对信号进行处理，最后将模拟信号还原出来。

进一步的，所述线型直流稳压电源包括变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块，220V的交流电经变压模块降压后，经整流模块后变成直流电压，然后经滤波模块输入到稳压模块，最后在稳压模块的输出端输出24V，对各模块进行供电。

本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本实用新型所述的基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，接收端将接收到的信号经两路电路进行处理，接收端以较小的附加噪声、低失真度和高增益恢复出经可见光通道传输后光载波所携带的信息。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1 为本实用新型实施例中可见光通信系统的结构框图；

图2 为本实用新型实施例中发射端的结构框图；

图3为本实用新型实施例中接收端的结构框图；

图4 为本实用新型实施例中接收端的信号解调模块的电路图；

图5为本实用新型实施例中接收端的功放模块的电路图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统，包括接收端、发射端和线型直流稳压电源，线型直流稳压电源连接接收端和发射端，发射端连接接收端。

所述发射端将模拟信号转换成光信号，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，再由PIN光电二极管将光信号转换成电信号，接收端电路对信号进行处理，最后将模拟信号还原出来。

所述线型直流稳压电源包括变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块，220V的交流电经变压模块的变压器降压后，经整流模块的整流桥堆后变成直流电压，然后经滤波模块的滤波电容输入到稳压模块的三端集成稳压器LM317，最后在LM317的输出端输出24V，对各模块进行供电。

如图2所示，所述发射端包括A路发射端电路和B路发射端电路，A路发射端电路包括A路音频或模拟波形信号，A路音频或模拟信号连接有A路信号放大模块，A路信号放大模块连接有A路信号调制模块，A路信号调制模块连接有LED驱动电路模块，LED驱动电路模块连接有白光LED发射光信号模块；B路发射端电路包括B路模拟波形信号，B路模拟波形信号连接有B路信号放大模块，B路信号放大模块连接有LED驱动电路模块，LED驱动电路模块连接有白光LED发射光信号。

对A路输入模拟信号进行放大，然后对信号调制模块的中心频率进行调制:当模拟信号处于上升段时，调制频率受压控振荡器控制端控制，在f0的基础上增加；当模拟信号处于下降段时，在f0的基础上降低，从而实现频率调制。调制后的信号经信号调制模块输出，经放大后驱动白光LED输出光信号；对于发射模块，输入两路模拟信号后，为了使得收端能够区分出两路信号，所以B路输入模拟信号经放大后直接驱动白光LED输出光信号。

如图4所示，所述接收端包括PIN光电二极管，PIN光电二极管连接有A路接收端电路和B路接收端电路，A路接收端电路包括高通滤波模块，高通滤波模块连接有A路放大模块，A路放大模块连接有限幅模块，限幅模块连接有信号解调模块，信号解调模块连接有A路前置放大模块，A路前置放大模块连接有A路功放模块，A路功放模块连接有音频输出模块；B路接收端电路包括低通滤波模块，低通滤波模块连接有B路前置放大模块，B路前置放大模块连接有B路功放模块，B路功放模块连接有音频输出模块。

如图4所示，所述信号解调模块包括芯片U2，芯片U2的型号为LM567，芯片U2的1脚连接有电容C15一端，电容C15另一端接地，芯片U2的3脚连接有电容C18一端，电容C18另一端连接有二极管D2一端和二极管D3一端，并接入A路接收端电路接收到的信号，二极管D2另一端和二极管D3另一端接地，芯片U2的8脚连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接VCC电源，芯片U2的4脚接VCC电源，芯片U2的6脚连接有电容C17一端和可调电阻R5一端，电容C17另一端接地，可调电阻R5另一端连接芯片U2的5脚，芯片U2的7脚接地，芯片U2的2脚连接有电容C16一端和电容C19一端，电容C16另一端接地，电容C19另一端连接A路前置放大模块。

所述信号解调模块将转化后的电信号经过放大后进入LM567进行解调，然后输入A路前置放大模块。

所述A路功放模块和B路功放模块结构相同，如图5所示，A路功放模块包括芯片U3，芯片U3的型号为TPA3112DIPWPR，芯片U3的1脚连接有电阻R1一端和芯片U3的2脚，电阻R1另一端接PVCC电源，芯片U3的7脚连接有电阻R2一端，并接入AVCC电源，电阻R2另一端接PVCC电源，芯片U3的8脚连接有电容C6一端和电容C7一端，电容C6另一端接AVCC电源，电容C7另一端连接芯片U3的9脚和10脚，芯片U3的11脚连接有电容C9一端，电容C9另一端接地，芯片U3的12脚连接有电容C11一端，电容C11另一端输入有经前置放大模块放大的解调信号，芯片U3的14脚、15脚和16脚连接AVCC电源，芯片U3的16脚连接有电容C12一端、电容C13一端和电容C14一端，电容C12另一端、电容C13另一端和电容C14另一端接地，芯片U3的18脚连接有电容C10一端，电容C10另一端连接芯片U3的17脚和21脚，芯片U3的20脚连接芯片U3的18脚，并连接有音频输出模块，芯片U3的25脚连接有电容C4一端，电容C4另一端连接芯片U3的22脚和26脚，芯片U3的23脚连接芯片U3的25脚，并连接有音频输出模块。

经过了前置放大模块后，还需要功率放大器对信号进行进一步放大。采用TI公司生产的TPA3112DIPWPR型单声道高效率D类音频功率放大器，电源电压要求范围宽，差分输入，且具有短路保护和热保护电路。

所述接收端上主要任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出经可见光通道传输后光载波所携带的信息。PIN光电二极管将接收到的信号经两路电路进行处理。A路接收电路包括高通滤波模块、限幅模块、信号解调模块、前置放大模块、功率放大不够、音频输出模块等。B路接收电路包括低通滤波模块、前置放大模块、功率放大模块、音频输出模块。PIN光电二极管将接收到的信号滤波后进行电压放大，然后输入到功率放大电路进行功率放大从而驱动喇叭将音频信号放出。调整接收端LM567的中心频率使得接收端和发送端的LM567中心频率一致就可以正确得到输出信号。

PIN光电二极管检测到入射光并转化为电流的形式，但光电流很微弱，所以就需要经过放大器来放大，为了得到一定幅度并且平滑的输出，应设计两级放大，前置放大器主要起到电流—电压变换的功能，将光电流转化为容易处理的电压量，由于在多级放大的结构中，前级的噪声会随着有用信号被后一级放大，由弗里斯公式可知，多级放大器的噪声系数F近似取决于第一级的噪声系数F1，因此，前置放大器应具有低噪声、高增益的特点。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

设计图

一种基于大功率白光LED的低失真度可见光通信系统论文和设计

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