基于大功率白光LED的可见光通信.docx

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1、山东省大学生电子设计大赛基于大功率白光LED的可见光通信A题学校：曲阜师范大学日照院系：信息科学与工学院论文编号：Al文08165队员姓名：摘要：可见光通信技术己经成为无线通信领域的研究热点，结合了先进的半导体照明技术和光通信技术，具备无需无线电频谱认证，平安可靠等优点。本文还对可见光通信的关键技术进行研究，在光发射方面：根据可见光LED光源的工作原理和特性，确定设计光发射电路提供应LED光源的电压值、电流值等，确保LED调制于线性区域，防止信号失真；在光接收方面：选择了高性能的光电探测器，还通过对前置放大器的研究，设计采用跨阻抗前置放大电路，实现高增益、低噪声的第一级放大。关键字:可见光通信

2、技术光电探测器低噪声LEDAbstract:Visiblelightcommunicationtechnologyhasbecomeahotresearchtopicinthefieldofwirelesscommunications,combinedwithadvancedsemiconductorlightingtechnologyandopticalcommunicationtechnology,havenoradiospectrumcertification,safeandreliable.Thispaperistostudythekeytechnologyofopticalcommu

3、nication,inthelightemitting:accordingtotheworkingprincipleandcharacteristicsofvisiblelight,LEDlightsource,lightemittingcircuitprovidedtodeterminedesignLEDlightsourcevoltagevalue,currentvalue,etc.,toensurethattheLEDmodulationinthelineararea,toavoidsignaldistortion;Inlightreceivingaspects:choosingtheh

4、ighperformanceofphotoelectricdetector,alsobasedontheresearchofthepreamplifier,thedesignadoptstheimpedancePreamplifierThefirstlevelofcircuit,therealizationofhighgain,lownoiseamplification.Keywords：VisiblelightcommunicationtechnologyPhotoelectricdetectorLownoiseLEDH录1系统方案论证2错误!未定义书签.错误!未定义书签。1.3可见光LED

5、驱动3错误!未定义书签.1.5M序列发生器3错误!未定义书签。3错误!未定义书签。错误!未定义书签.错误!未定义书签。3.数据分析4错误!未定义书签。附件14电源原理图4模拟调制原理图4数字调制原理图4驱动电路4M序列发生器4附件25附件35引言目前室内无线通信能满足要求的最好选择就是白光LED。白光LED在提供室内照明的同时，被用作通信光源有望实现室内无线高速数据接入。目前，商品化的大功率白光LED功率已经到达5W,发光效率也已经到达901m/W,其发光效率流明效率）已经超过白炽灯，接近荧光灯。白光LED的光效超过IOoIm/W并到达2001m/W可以完全取代现有的照明设备）在不久的将来即可

6、实现。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光到达的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。1系统方案论证方案一：用单相桥式整流电路进行整流，利用电容的充放电原理做成滤波电路，用于滤除整流电路输出电压的交流成分，稳压芯片L7824进行稳压。方案二：用半波整流电路进行整流，利用电容的充放电原理做成滤波电路，用于滤除整流电路输出电压的交流成分，最后利用稳压二极管进行稳压。全波整流的输出电压是交流输入电压的0.9倍,效率高，且脉动系数小，直流电压平稳,能充分利用变压器的功率，半波整流电路输出电压是交流输入的045倍效率低，脉动系数大，直流电压不平稳，并且使用稳压管进行稳压容易造成电源和管子严

7、重发烫，综上所述使用方案一。方案一：利用模拟信号作为控制信号，控制LED光源的注入电流，使输出光功率随调制信号线性变化的方法。方案二：利用单片机将一路或两路A/D转换的数字信号调制，调制方法：通过单片机接收并口A/D信号逐位发送至LED驱动电路控制端实现调制。方案三：通过调幅、调频及调相把信息调制到光上。对于模拟调制技术：系统设备相对而言比拟简单，但是在传输的过程中叠加了噪声后很难消除，抗干扰能力差；在整个通信过程中，LED光源始终处于导通状态，功耗大；而且系统的调制速度受到很大限制。对于数字调制技术：采用的是脉冲信号，只要通过判决再生就能够轻易地消除噪声，抗干扰能力强；还有易于加密，保密性能

8、好。因为LED光源的频谱不纯，中心频率也极不稳定，很难现调频和调相。综上所述使用方案二。13可见光LED驱动先利用24V,IA自制电源为驱动电路供电，通过电阻与LED灯串联调节LED两端电压U2,关于驱动电路有以下两个方案：方案一：通过三极管的导通与截止来控制LED的点亮熄灭。方案二：利用Tl公司芯片LM3405系列，LM3405用于为LED供电的1.6MHzIA恒流（符合12）降压稳压器，恒流，开关速度快。驱动LED需要恒流源，同时题意要求未参加音频信号时通过LED灯的电流是1A,所以选择方案二。在接收端利用光电传感器的光电转换特性，接收光信号并转换为电信号后用前置放大器进行初步放大，再经过

9、比拟器后送至单片机所控制的D/A转换器进行数字信号向模拟信号的转换。1.5M序列发生器因为题目要求n=4,所以需要一片74LS194,分别给CR、Sl、So赋值1、1、0,让M序列发生器左移位依次进入通道。见附件8所示该M序列发生器有自启动功能，方便信号的传输。在LED仅用于照明时，通过停止AD,单片机等设备在满足I2=l0.0IA的前提下，尽量减少24V电源的供电电流Il的值。2整体设计调再由单片机控制LED驱动电路将电信号调制到LEI 射机的原理框图如图1所示，主要包括接口处理ILED拄光信号接发上 编才电 压 比 抵A/E电信号放大；得到数字信号，3/光转换。光发Er卜、驱动调制电路和光

10、源。接口处理电路对来自电端机的电信号进行处理，输出符合可见光调制的信号。编码电路完成对信号的编码功能。驱动调制电路和光源是光发射机的核心局部，其功能有两个，一是向光源提供足够的驱动电流，另一个功能是控制光源的开和关状态，即完成调制功能。LED的光学参数与pn结结温有很大的关系,一般工作在小电流IF10mA,或者10、20mA长时间连续点亮LED温升不明显。假设环境温度较高，LED的主波长或人P就会向长波长漂移，BO也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。图1光发射机原理框图利用光电探测器完成信号的光/电转换：前置放大器紧跟着光电探测器，对光电探测

11、器微弱的光信号进行放大；比拟器恢复数字信号，根据信号电平的大小判别出该信号是比特“1还是比特“0；DA转换器将数字信号恢复到源信号；通过Tl公司高增益低噪声线性放大芯片0PA322,实现发送信号时在8Q电阻负载(或喇叭)上接收装置的输出电压有效值不小于04V,信号为0时，接收装置输出端噪声电压，读数不大于0.IV,并实现根本要求(3).原理见图2图2光接收机框图3.数据分析仿真结果图如下图3仿真结果图图中上部黄线为输入信号线，下部蓝线为输出信号，经过仿真输入信号与输出信号为相同的波形。1苏家建等单片机原理及应用技术M.北京：高等教育出版社，2004.2谭浩强.C语言程序设计M.北京：清华大学出

12、版社，2005.3管致中等.信号与线性系统.第四版M北京：高等教育出版社，2004.4张立军.通信原理.国北京：高等教育出版社，2023附件1电源原理图模拟调制原理图图2LED的模拟调制原理数字调制原理图图3LED的数字调制原理驱动电路图4LM3405驱动电路图M序列发生器图5附件2图6信号发送电路图图7信号接收电路图信号发送电路图信号接收电路图附件3发送信号核心程序代码：include#include#defineucharunsignedchar#defineunitunsignedintMefinead0_7P2sbitCS=PlC0;片选Sbitrd=P1；/数据读的标志sbitwr=

13、P12jQIsbit.intr=Pl3;voidstart();voidread();voidstart()cs三0;wr=0;_nop_();wr=l;while(intr);cs=l;voidread()ad0_7=0xff;cs三0;rd=0;.nop_();SBUF=P2;rd三l;cs=l;voidmain()PC0N=0x80;SC0N=0x40;TM0D=0x20;THl=Oxff;TLl=Oxff;TR1=1;EA=I;ES=I;while(l)start();read();接收信号核心程序代码：ttinclude#includeabsacc.hSdefineucharunsignedcharvoiddelay(ucharz);sbitcs=P34;uchara;voidmain()PC0N=0x80;SC0N=0x50;TM0D=0x20;THl=Oxfd;TLl=Oxfd;TEl=I;EA=I;ES=I;cs=0;while(1)RI=0;P2=SBUF;delay(13);voiddelay(ucharz)uchary;for(;z0;z)for(y=l;y0;y-);