“可見光通信設計報告”

1、全國大學生電子設計大賽自由空間光通信作品類別：xxxxxxxxxxxxx隊長： 隊員： 指導教師： 自由空間光通信摘要：本系統完成了自由空間光通信的設計。采用激光作為載波將手機加收到的信號發(fā)給接收端，通過TL494芯片所產生的方波對信號進行調制解調，利用硅光電池接收信號，再由功率放大器將信號輸出。經過測試，我們的系統滿足設計要求。關鍵詞：激光； TL494芯片；功率放大器1 方案論證與比較任務要求中明確提出，設計的系統的通訊距離要達到20m。針對題目要求，硬件主要處理的問題是信號的預處理、信號的發(fā)射、信號的調制、信號的解調與驅動和信號的接收。以下將對各方案進行分析論證。1.1 發(fā)射部分載波方案

2、論證與選擇方案一：非激光通信，如：紅外線通信、紫外線通信。方案二：激光通信。方案選擇論證：方案一非激光紅外線、紫外線通信的原理是一樣的，就拿紅外線通信來說，它可傳輸語言、文字、數據、圖像等信息，適用于沿海島嶼間、近距離遙控、飛行器內部通信等。其通信容量大、保密性強、抗電磁干擾性能好，設備結構簡單，體積小、重量輕、價格低。但在大氣信道中傳輸時易受氣候影響。方案二激光通信，由于激光具有相干性好、準直性好，采用激光作為通信系統中信號的載波，可使信號穩(wěn)定傳輸，不易受外界環(huán)境的干擾。本系統采用方案二。1.2 信號調制解調部分方案論證與選擇方案一：PWM脈寬調制，用硬件設計可調PWM脈寬調制，利用可調的脈

3、寬信號控制載波。PWM脈寬調制的設計圖如圖1。方案二：采用TL494芯片產生占空比可調的方波，用這個方波也可以控制載波。TL494的內部電路圖如圖2所示。圖 1圖 2方案選擇論證：方案一采用純硬件的手法設計PWM電路，轉換速度快，但會給設計增加工作量以及相關的成本，而且在硬件設計的過程中可能會與實際要求的參數有一點的偏差，從而影響最后的設計。方案二LT494芯片產生占空比可調的方波，這種方案使得電路設計更加簡單，不宜出錯。本系統采用方案二。1.3 接收部分方案論證與選擇本系統的接收部分是采用硅光電池接收載波信號（激光信號），硅光電池將光信號轉化為電信號，再將電信號傳給功率放大部分，通過功率放大

4、部分將電信號轉化為聲音信從而實現距離達20m的通信。接收部分的電路圖如圖3。圖32 硬件設計2.1 總體設計圖 4 系統框圖2.2 原理分析說明及特色本系統將手機接收到的音頻信號送給TL494芯片調制，然后將調制過后的信號傳給發(fā)射裝置，用激光作為載波將信號傳給接收裝置的硅光電池，由硅光電池將光信號轉為電信號，經過音頻放大電路也就是功率放大器，將音頻信號放大，然后輸出。這樣設計的好處是使得電路更加簡便，調試更加簡單，測試發(fā)現，設計結果滿足要求。3 理論分析與計算3.1 發(fā)射部分本系統的發(fā)射部分用激光作為載波，普通光源發(fā)射的光輻射無方向性，光束發(fā)射度大，而激光發(fā)散角小，一般為毫弧度數量級，方向性好

5、，方向性即光束的指向性，常以平面角的大小來評價。角越小，光束發(fā)散越小，方向性越好。不同光源中方向性最好的探照燈，其光束發(fā)散角也有0.1激光的發(fā)散角是探照燈的以上，為微波的。如果借助光學系統，發(fā)散角可以減小到微弧度數量級，接近真正的平行光。用這樣的光源作為通信系統中的載波，可以減少信號傳輸過程中能量的損耗。激光的相干性好，不易受外界壞境的影響。激光還具有很好的瞬時性，瞬時性是指光脈沖寬度的可壓縮性，激光的單色性和方向性是光能在頻率和空間上的高度集中性的表現。3.2 調制與解調部分部分3.2.1調制部分本系統采用TL494芯片產生一路方波，對系統進行調制，電路圖如圖4圖4載波調制就是用調制信號去控制載波的參數的過程，使載波的某一個或某幾個參數按照調制信號的規(guī)律而變化。3.2.2解調部分解調是調制的逆過程，本設計的解調部分用了一個硅電池，接收了激光信號，再將光信號轉化為電信號傳給音頻放大部分。3.3 接收部分本系統利用硅光電池接收載波信號，再用功率放大部分將信號放大，功率放大部分如圖5圖 54 功能測試與結果分析經過測試。通信距離為20m。測試圖見附錄14.2 測試分析及總結經過測試，系統的通信距離為20m，達到要求。5 附錄5.1 系統原理圖圖6 發(fā)射部分電路圖圖7 接收部分電路