LED可见光音频信号传输系统设计
可见光通信技术论文可见光通信技术
可见光通信技术论文可见光通信技术可见光通信系统具有十分广阔的应用前景。
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室内LED可见光通信技术分析摘要：本文主要分析了LED可见光通信的基本原理及尖键技术，然后就LED可见光通信的未来应用进行展望，以期促进LED可见光通信技术的发展与完善。
矢键词：室内LED；可见光通信；应用展望:TN929 : ALED可见光通信系统具有十分广阔的应用前景。
但当前LED可见光通信技术还不够成熟，距离商用还有一定差距，仍需要我们不断加强研究以进一步优化系统的各项性能。
一、室内LED可见光通信原理简介室内LED可见光通信的基本原理是利用灯光的“明”和“暗”来分别表示数字信号“ 0”和“ 1”，然后将广播、图像、音频、影像等待发射的信息调制后加载到LED灯光上，通过LED灯光的高频闪烁将信号传送出去。
由于LED向应速度极快，不会对人眼造成影响，因此能够在正常照明的同时实现无线通信功能。
在信号接收端一般设置有光电探测元件，可以对接收到的可见光信号进行放大和解调处理，进而将其重新还原成广播、音频、影像等信号。
二、室内LED可见光通信的矢键技术1.光源布局一般情况下，光源布局要考虑两点：一是组成阵列光源的内部LED灯的数量及排列方式；二是整个室内LED光源的分布。
在室内光源设计中，为满足国际照明标准，通常将LED光源设计为白光LED阵列形式，构成各LED 阵列的LED个数由LED间隔大小决定，而间隔大小需要综合考虑中心区域的光强度。
在LED排列问题上，则要充分考虑信号接收面的照度要求与光强分布。
同时在设计LED数量及排列时，还要考虑码间串扰问题。
为提高通信质量，还应结合房间大小及内部设施陈列，尽量使室内同一水平面上的光功率保持一致，防止出现通信死角。
此外，考虑到行人、设施等造成的遮挡，不可避免地会产生一些阴影区，对此可通过增加光源数量来减少阴影效应，但过多的光路径又会引发严重的码间干扰，因此根据室内实际情况科学设计LED阵列光源是提高通信效果的尖键。
基于可见光通信的视频传输系统
关 ，先 后 成 功 研 发 “可见
型
播 ，，[7]“ 见 确定位” 用示范系
[8-0]。 > 年 ，逐渐有学者
视
输 中 [11]，并得到了
视 输更好的通信效
第9 期
吴 猛 ：基 于 可 见 光 通 信 的 视 频 传 输 系 统
81
果 。如 ，2017年范桂龄等提出了激光通信的图像传输系
统 ，并
统 视 频 实 时 传 输 通 信 距 离 大 于 10 m ，传 输 速 率 为 30 Mb/s 。通 过 进 一步 优 化 设 计 ，
该 系 统 具 有 传 输 高 清 图 像 、紧急情 况 下 快 速 建 立 视 频 传 输 链 路 的 能力 。
关 键词！可 见 光 通 信 ；视 频 传 输 ；直 接 调 制 ；半导体激光器
的绿色通信术[2-]。
1999年 ，V L C 刚刚兴起，Pang等 [4]率 先 对 V L C 的
音频传输开展了研究，但 因 有 限 的 带 宽 限 制 了 VLC 的 传 输 速 率 。2 0 0 3 年 ，日 本 成 立 V L C 联 合 体
(VLCC) ，大 展 商 业 化 的 VLC。其 中 ， 研究室
实 现 低 成 本 、高 带 宽 、高速率的
输 ，是典型
收 稿 日 期 "2017-11-20 基 金 项 目 ：吉 林 省 教 育 厅 项 目 （2016134) 作 者 简 介 ：吴 猛 （1974 - ) ，男 ，吉 林 吉 林 人 ，博 士 ，副 教 授 ，主要研 究 方 向 ：信 息 光 通 信 及 测 控 技 术 等 方 面 的 研 究 。 Tel. $ 15044076500; E -m ail:wm_jict@163. com
LED点阵屏 音频频谱显示
Abstract
This system reveals and the low consumption 8 CMOS little controller ATMEGA128 of enhanced AVR RISC structure on the basis of LED32 *80 double-colored lattice, reveal after realizing the signal frequency spectrum of audio frequency based on FFT. Adopt special-purpose to strain wave chip MAX262 carry on 4 steps resist, mix pile strain wave until AD sample while being programmable, then carry on AD at a high speed and sample with TLC5510, carry on the simple figure and strain the wave in the little controller, until Fu set up leaf vary, get audio frequency frequency spectrum of signal, realize the display at LED by the little controller finally fast. Keyword： LED、FFT、Filter、AD、Audio frequency.
摘
要
本系统基于 LED32*80 双色点阵显示和增强型的 AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微 控制器 ATMEGA128， 实现了基于 FFT 的音频信号频谱显示。 采用专用可编程滤波芯片 MAX262 在 AD 采样前进行 4 阶抗混叠滤波，然后以 TLC5510 进行高速 AD 采样，在微控制器中进行 简单的数字滤波，经快速傅立叶变换得到音频信号的频谱，最终由微控制器实现在 LED 上 的显示。 关键词：LED、FFT、滤波、AD、音频。
基于P89LPC936的LED室内照明控制系统
基于P89LPC936的LED室内照明控制系统作者：李晶邓琳张文君来源：《数字化用户》2013年第12期【摘要】本文介绍了一种以单片机为控制中心的室内LED照明系统，并且介绍了系统的硬件和软件设计流程。
该系统采用P89LPC936作为控制中心，利用光敏电阻器采集的室内环境亮度信号，利用声音检测模块采集的室内声音信号，利用PWM调光技术对LED进行驱动，实验表明系统稳定可行。
【关键词】LED照明控制光敏电阻 P89LPC936 声音传感器一、引言在能源危机，全球生态环境日益恶劣的情况下，节约和合理利用有效资源的形式势不可挡。
随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、环保、长寿命的LED灯逐渐走入人们的视野。
LED作为一种绿色光源，体现我们新型社会的环保理念，是随着社会潮流发展趋势而来。
所谓绿色光源是指具有节能、环保，使用寿命长、体积小等特点。
二、控制方案设计系统采用的是光敏电阻传感器作为检测环境亮度的元件，声音检测模块检测室内的分贝数，传感器检测到的信号经过处理传送给单片机控制，经单片机处理后控制照明系统的开关和亮度。
三、系统硬件设计（一）声音检测模块设计声音检测模块电路时需要着重考虑两点：1模块应具备获得较高的灵敏度；2模块应具有一定的抗干扰能力。
经过多次的实验和数据的分析，本论文所设计的声音检测模块电路采用运放LM358和灵敏度高的话筒制成检测系统，话筒检测到音频信号后，经三极管Q1放大后再经LM358进行比较放大，适当调节精密可调电位器Rp1实现声音检测的灵敏度调节。
当话筒检测到一定强度的音频信号时，LM358的1脚输出高电平，DS2发光表明检测到音频信号。
（二）室内环境亮度检测模块光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻，值随入射光的强弱而改变的电阻器。
光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4～0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。
其特点是当入射光强时，电阻会减小，入射光弱，电阻会增大。
2014年TI杯山东省电子竞赛题目
A--基于大功率白光LED 的可见光通信（本科组）一、任务设计并制作一个可见光通信装置。
二、要求1、基本要求（1）可见光通信装置利用单只10W(或≧9W)白光LED 和光电器件作为收发器件，用来传输语音和模拟波形信号，传输距离大于30cm ；自制24 V 、1A 直流电源2个（发端、收端分别采用此单电源供电），系统基本框图如图1。
发送端的供电部分需要加测试点（测试点加上鱼嘴夹方便测试），测试点电压U 1、电流I 1如图2所示。
（接收端负载最好为8Ω喇叭）可见光通信发端装置语音或者模拟波形信号24V 1A 直流电源可见光信道10W 白光LED可见光通信收端装置光电器件24V 1A 直流电源语音或者波形发送端接收端图1 系统基本框图24V1A电源可见光通信发端装置电压测试点电流测试点U 1I 1图2 电压、电流测试点（2）在不进行信号传输的情况下10W 白光LED 的功率必须达到10W ，要求电流为I 2=1±0.05 A ，电压U 2=10 V （误差可以稍大）。
需要加测试点（测试点加上鱼嘴夹方便测试），测试点电流I 2、电压U 2如图3所示。
10W 白光 L E D电压测试点电流测试点LED 驱动电路I 2U 2图3 10 W 白光LED 测试点（3）传输的语音信号或低频信号源信号频率范围为300~8000 Hz ，语音信号要求来自麦克风或MP3，模拟波形信号来自信号发生器。
要求发端装置的输入端以及收端装置的输出端加测试端子，以方便检测波形。
（4）在发送端发送300~8000Hz 音频信号时，接收的声音应无明显失真。
当发射端输入信号为300Hz 、1000Hz 、8000Hz 单音信号时，在8Ω电阻负载（或喇叭）上，接收装置的输出电压有效值不小于0.4V 。
不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至0V ，采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz 、高端不小于1MHz ）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于0.1V 。
led旋律灯工作原理
LED旋律灯工作原理一、LED基本原理LED（发光二极管）是一种半导体器件，能够将电能转化为可见光。
LED的基本原理是利用PN结的半导体材料，通过电流驱动，激发出电子和空穴对，在PN 结处相遇并复合，产生光子并释放出能量。
LED的发光颜色取决于材料的不同，目前主要有红、绿、蓝等颜色的LED。
二、LED旋律灯设计LED旋律灯是一种特殊的LED灯具，它可以通过控制电路和驱动电路来实现音乐同步闪烁和色彩变化等功能。
以下是LED旋律灯的设计要点：1.电路设计LED旋律灯的电路主要由电源、LED灯珠和控制电路组成。
电源为LED提供电能，LED灯珠将电能转化为可见光，控制电路则根据音频信号控制LED灯珠的亮度和色彩。
在设计电路时，需要考虑电源的稳定性、LED灯珠的选型和连接方式、控制电路的抗干扰能力和稳定性等因素。
2.编程设计LED旋律灯的编程设计主要是根据音频信号的特点和控制要求，编写控制程序，实现音乐同步闪烁和色彩变化等功能。
在编程设计时，需要考虑音频信号的解码和处理、控制算法的实现、驱动电路的控制等方面。
三、LED旋律灯工作过程LED旋律灯的工作过程主要包括以下几个步骤：1.电源供电LED旋律灯的电源需要为LED提供稳定的电能。
在设计电源时，需要考虑电源的稳定性、功率密度和效率等因素。
同时，为了保护LED灯珠不会因为电流过大而损坏，需要设置合适的限流电阻。
2.LED闪烁控制LED旋律灯的闪烁控制是通过控制电路实现的。
控制电路接收到音频信号后，对其进行解码和处理，得到控制信号。
根据控制信号，控制电路通过驱动电路控制LED灯珠的亮度和色彩，实现音乐同步闪烁和色彩变化等功能。
四、LED旋律灯应用与拓展LED旋律灯作为一种特殊的LED灯具，具有广泛的应用前景和发展潜力。
以下是LED旋律灯的主要应用领域：1.照明应用LED旋律灯具有高效、节能、环保、体积小、寿命长等特点，能够节省能源和维护成本。
因此，LED旋律灯在照明领域具有广泛的应用前景，如家庭照明、办公室照明、公共场所照明等。
可见光通信概述
可见光通信及其关键技术研究摘要：用室内照明的白光LED光源作为通信基站进行信息无线传输的技术是当前国外光无线通信领域的研究热点之一，是一项有发展前景的新兴技术。
这也将可见光通信技术带到了众人的面前。
文章详细介绍了可见光通信技术在国内外的研究现状，分析了其关键技术，阐述了其巨大的优点以及应用领域上的发展趋势。
关键词：可见光通信、技术优势、发展历史、关键技术、应用展望Studies on the visible light communication andits key technologiesJieyong HeOptical Engineering, School of Physics, Sun Yat-sen University, User ID: 15212250AbstractIt is one of hot spots of optical wireless communication research field in abroad that using white LED light source as base station to transmit information through wireless mode currently, which is an promising new technology. This trend brings the visible light communication into our attention. In this paper I introduce the current situation of visible light communication by white LEDs at home and abroad in detail, analyze the key techniques and clarify the advantages and development trend of the system.Key Words:visible light communication, advantages, key technologies, developing history, developments1可见光通信介绍近年来，被誉为“绿色照明”的半导体（LED）照明技术发展迅猛。
白光通信
白光LED光通信的关键技术研究可见光通信是一项新兴的基于白光LED的无线光通信技术。
可见光通信系统可以实现照明和通信的双重功用。
通过分析影响白光LED通信性能的因素，对白光LED通信中提高系统整体性能的若干关键技术进行了分析讨论，为改善白光LED通信系统性能提供进一步努力的参考依据。
一、引言可见光通信技术(Visible Light Communication，简称VLC)是随着白光LED照明技术的发展而兴起的无线光通信技术，可分为室内可见光通信和室外可见光通信两大类。
白光LED具有功耗低、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点，被认为终将取代荧光灯、白炽灯等传统照明光源，成为下一代固体照明光源。
同时与传统照明光源相比，白光LED又具有响应时间短、高速调制的特性，因此可以设计出基于白光LED的室内可见光无线通信系统和网络，实现照明和通信的双重作用。
目前，可见光通信大多处于实验阶段，虽然整体系统已有实现，但与可见光通信的实用还有一定的距离，系统的各项性能有待进一步优化。
二、系统发展概述近年来，中日欧美的研究人员对基于白光LED照明光源的可见光通信的展开了面向应用的研究。
其中作为美国国家科学基金的十年规划，2008年美国政府动员30所大学及科研机构，投入1850万美元的启动资金开展了该领域的科技攻关。
但由于该项技术综合性强，技术难度大，目前全面掌握核心技术并能够做到在世界级展会上现场演示样机的仅有中国暨南大学与日本太阳诱电公司两家。
2004年，Takakuni等对基于白光LED灯的整体通信系统进行了初步实验研究，该系统[1]利用桌面LED照明台灯向用户提供广播信息，结构简单，但系统通信距离较短，数据传输速率较低。
2008年，太阳诱电株式会社在“东京国际消费电子博览会”上现场演示了采用白光LED的高速无线通信系统，最大数据传输速率可达100Mbit/s[2]。
该系统实现了双向全双工高速通信，但是最大传输距离仅为0.2m左右。
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LED可见光音频信号传输系统设计
摘要：LED具有调制特性良好的优点，可以使LED光源在照明的同时传输音频信号，本设计发射端利用三极管将音频信号放大后驱动LED发光，LED 的发光强度受音频的调制，接收端利用光敏二极管接收调制信号，功率放大器进行功率放大，最后将音频信号输出，实现无失真音频传输。
标签：LED;调制;放大;音频传输
引言
LED具有高亮度、低功耗、灵敏度高、调制特点好等优点，利用这些特性可以实现在照明的同时，把信号调制到LED光中进行传输。
实现利用可见光为信息载体，不使用光纤等有线传输介质，在空气中直接传送光信号的通信方式，即可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）
利用LED高速调试的特性将音频信号调制到LED可见光上进行信息传输，这传输方式减少了电磁辐射对环境的影响，适合对电磁信号敏感的区域使用。
在当前节能和环保两大主题的前提下，随着世界各国对白光照明光源的大力推广，以及其光谱特性、一特性、调制特性等性能的提高，基于白光可见光通信正在逐渐发展起来。
1 系统设计
系统整体由发射端和接收端两部分组成，发射端由MP3或音频信号发生器输入音频信号，通过三极管放大电路将音频信号放大，并驱动LED发光。
接收端将光信号转化为电信经放大电路放大，再由功率放大器进行功率放大，从扬声器输出。
系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2 电路设计
（1）电源设计。
电源输入电压为220V工频交流电，三端稳压器采用电子设备中常用的线性稳压集成电路LM7812和LM7912。
电路如图2所示，电路图中LM7812和LM7912接有一大一小两个滤波电容，大电容低频滤波，小电容高频滤波。
跨接于LM7812和LM7912输入输出端的二极管D4、D5可以保护三端稳压器不被反向浪涌电流的冲击而烧毁。
（2）发射端设计。
发射端电路如图3所示，当音频信号由A、B端输入，经耦合电容C1的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由三极管的放大作用，驱动两个LED。
因LED的发光强度与电流的大小成正比，所以LED的发光强度与音频信号的幅度大小同步调制，实现音频信
号的发射。
（3）接收端设计。
接收端电路如图4所示，由光敏二极管和UA741组成的光电转换电路和音频频放大电路成。
光敏二极管与半导体二极管结构类似，管芯是一个具有光敏特征的PN结，工作时需加反向电压。
无光源时，光敏二极管截止，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流。
有光照时，饱和反向漏电流随光照强度的增大而增大，形成光电流。
PN结受到光线照射时，在PN结中产生使少数载流子密度增加的电子-空穴对。
在反向电压的作用下载流子发生漂移，使反向电流变大。
因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流，从而实现光电信号的换。
由光敏二极管接收到的信号，经两个UA741组成的放大电路放大后再入音频放大电路。
音频放大电路采用LM386外接原件最少的用法，由于引脚的1和8开路，集成运放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20，利用变阻器R10可以调节音量大小。
3 结束语
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，其通信距离在0.5m范围内，传输角度30°左右，音频信号清晰无失真，并且不受自然光和室内荧光灯的影响。
参考文献
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