【文章內(nèi)容簡介】 范圍內(nèi)受 LED 的個數(shù)、電阻及串口模塊分頻的影響不大。利用 6B8B 編碼技術(shù)，可以保證系統(tǒng)高速傳輸數(shù)據(jù)的同時，信號傳輸距離超過 。該研究組正在尋找一種更加適合白光 LED 通信的 mBnB分組編碼方式，以進一步改進通信效能。 分集接收技術(shù) 一種基于分集技術(shù)的光接收機技術(shù)可以用來克服碼間干擾和陰影的影響 [9]。分集接收的思想就是在接收機的不同方向上安裝多個光電探測器，對多個探測器接收到的信號進行比較，選取信噪比最大的信號進行通信。 分集接收電路的設(shè)計根據(jù)信號傳輸速率的不同分為兩類。在通信速率不是很高時(通常低于 100M 時 )，采用低速率分集接收裝置，就是簡單地將多個信號直接相加，總體上提高接收信號的功率，如圖 所示。當(dāng)傳輸速率超過 100M 時，由于碼間串?dāng)_的影響，不能將信號直接相加，必須設(shè)計專門的控制電路對信道進行自動判決和選擇，高速率分集接收裝置如圖 所示。在高速通信中，信噪比最大的方向為直射鏈接的方向。此時，應(yīng)選取最接近直射鏈接的方向作為最佳接收方向。 圖 低速率分集接收探測器原理框圖 Low rate of diversity reception block diagram of the detector . 6 圖 高速率分集接收探測器原理框圖 Block diagram of a high rate of diversity reception probe 在接收機的不同方向上安裝的多個光電探測器均勻分布于一個半球面上，這樣在減少探測器個數(shù)的同時又提高了接收效果。只要不是整個接收機被遮住，通信就不會中斷。關(guān)于探測器的個數(shù)和布局，需要根據(jù)具體環(huán)境和通信性能的要求來決定。 理論計算和計算機仿真結(jié)果表明，采用分集接收系統(tǒng)，能很好地克服不同路徑引起的碼間干擾的影響。而且，當(dāng)接收機隨用戶位置改變或室內(nèi)有人員走動和其他物體產(chǎn)生陰影時，通過分集接收系統(tǒng)自動判決和選擇，不需要人工設(shè)置就能保證通 信系統(tǒng)的暢通。實驗證明，在高速通信中，采用分集接收技術(shù)的系統(tǒng)信噪比平均提高了 2dB，有效提高了系統(tǒng)性能。 自適應(yīng)傳輸技術(shù) 采用自適應(yīng)收發(fā)器的設(shè)計方案，可以有效減緩光無線通信中信噪比的劇烈波動 [7]。在發(fā)射端，借助一個信號處理器 (DSP)來完成對機電定向系統(tǒng)的實時控制。 DSP 被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信中，使通信系統(tǒng)獲得更高的信噪比、更好的靈活性及調(diào)節(jié)預(yù)見性。對白噪聲、非平衡干擾和多徑干擾，可以有相應(yīng)的實現(xiàn)方法去進行最佳的信號處理。在接收端，則采用單一的光電檢測器來簡化對光前端的設(shè)計。這個優(yōu)化的設(shè)計方案采用定向機制將更多的光能量集中到單一信道，一方面由于接收端視場的減小而降低了環(huán)境噪聲對系統(tǒng)性能的影響，另一方面大大提高了系統(tǒng)抗多徑畸變的能力。 白光 LED 通信的展望 凡是用 LED 進行照明和指示的設(shè)備加上通信的功能即可衍生出新用途 。 在博物館、展會等場館內(nèi)，參觀者只要手持相應(yīng)的接收設(shè)備 (如手機 )，就可以隨時隨地接收加載了信息的 LED 燈傳輸?shù)奈淖?、聲音、圖像等，使講解更加生動。 將此技術(shù)應(yīng)用于一些小商品如手電筒、玩具、禮品等 LED 上，可成為前所未有的新產(chǎn)品。如可用作電子錢包的手機，可成為入場券的 LED 請柬，可互相打招呼的玩具等等。 大屏幕 LED 顯示以及 LED 交通信號燈，成為實時信息下載平臺，人們用手機對準(zhǔn). 7 即可下載屏幕上的顯示內(nèi)容：商品廣告和優(yōu)惠信息、股市行情、實時交通信息等。 在白光 LED 照明未來最大的市場 ， 車用照明領(lǐng)域，構(gòu)成汽車大 功率 LED 前照燈信息傳輸系統(tǒng) [10]。將車牌號、車速、載重量等多種信息自動瞬時地傳輸?shù)礁鞣N交通監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)自動繳費、車量登記、測速等，解決目前智能交通系統(tǒng) ITS 中最為頭痛的車輛信息采集問題。 LED 尾燈也可與后車快速傳遞路況、剎車等信息，避免交通事故的發(fā)生。此外，也可應(yīng)用于自動車庫門、私家停車場等，實現(xiàn)無人化管理。 . 8 2 系統(tǒng)方案 電源方案選擇與論證 方案一：采用變壓器及三端穩(wěn)壓器 LM7824。利用直流穩(wěn)壓器構(gòu)成穩(wěn)壓電路，當(dāng) 220V 50Hz 交流電壓通過電源變壓器降壓后，變?yōu)?24V 交流電，再通過橋式整流成直流電，經(jīng)過電容濾波，減少電紋波系數(shù)，最后通過三端穩(wěn)壓器 7824 進行穩(wěn)壓，將輸出電壓穩(wěn)定在 24V 左右。此種方案操作簡單且可靠性高，電壓穩(wěn)定。見圖 :24V 電源模塊原理圖。 圖 24V 電源模塊原理圖 24V Power Module Schematic 方案二：采用 Buck 降壓管。使用 Buck 降壓管進行電路設(shè)計，電路簡單，電壓變比可由零到無窮大，既可升壓又可降壓。但是此種方式下輸入、輸出電流皆有 脈動 ，使得對輸入電源有電磁干擾且輸出 紋波 較大。實際應(yīng)用時 需要加有輸入， 輸出濾波器； 并且開關(guān)晶體管發(fā)射極不接地，使 驅(qū)動電路 復(fù)雜化。見圖 : Buck 降壓管的電源電路圖。 圖 Buck 管降壓電路圖 . 9 Buck Buck tube circuit diagram 綜上所述，為簡化設(shè)計電路，提高設(shè)計效率，確保電路可靠性，選用方案一。 LED 驅(qū)動電路方案的選擇與論證 方案一：采用音頻功放 LM386 模塊。 LM386 是一種音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。其電壓增益調(diào)節(jié)范圍在 20200 之間的任意值。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在 6V 電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為 24mW。其工作范圍寬，可為 412V 或 518V，并且其低失真度的特性，使其在音頻采集上具備較大優(yōu)勢。本可見光通信裝置中使用的電源電壓為 24V，超出了 LM386 的工作電 壓范圍，若要使用 LM386 芯片，則需要在接入 24V 電源后再次降壓，以避免燒壞芯片。 LM386驅(qū)動放大電路電路圖如圖 所示。 圖 LM386 音頻驅(qū)動電路圖 LM386 audio driver circuit diagram 方案二：采用 MOS 管。 MOS 管是電壓控制型器件。主要特點是電壓控制，輸入阻抗高，功率增益高，驅(qū)動功率小，開關(guān)的速度快，開關(guān)時間由寄生電容決定，因此其應(yīng)用廣泛。但是，由于其本身寄生電容的存在，會影響 MOS 管的導(dǎo)通、關(guān)斷的時間，使其控制的可靠性降低，燒壞的可 能性增大。若在本設(shè)計中使用 MOS 管驅(qū)動電路，需要在直流情況下，將 Q 點調(diào)至 10V，才能使 MOS 管正常工作。 MOS 管驅(qū)動電路的電路圖如圖 所示。 . 10 圖 MOS 管驅(qū)動電路 MOS tube drive circuit 方案三：采用 LM3406 設(shè)計大功率 LED 驅(qū)動電路。 LM3406LED 驅(qū)動擁有以下優(yōu)點，一是提供 PWM 調(diào)光端口，安全可靠；二是內(nèi)部具有過溫保護，低電壓保護，高電流保護功能，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作；三是單片 LM3406 可以瞬間提供超過 的電流，遠高于其他同類芯片；四是芯片可以兼容 642VDC 的輸入電源，電源兼容性好。本設(shè)計可以采用此種電路進行 LED 驅(qū)動電路的設(shè)計。見圖 :LM3406 的典型運用電路。 圖 LM3406 典型運用電路 LM3406 typical application circuit 本設(shè)計所使用的電源電壓為 24V，而方案一中 LM386 芯片的最大電壓為 18V，故方案一不可選；另外本設(shè)計需要較高的穩(wěn)定性、可靠性以保證裝置后續(xù)功能的正常運行，且滿足大功率 LED 驅(qū)動，故方案二存在較大缺陷。 綜上所述，選擇方案三。 . 11 3 理論分析與計算 電路結(jié)構(gòu)分析 本設(shè)計的輸入信號有兩部分，一是 A 路的語音信號，由 MP3 或麥克風(fēng)提供；二是B 路的模擬波形信號和方波信號同時輸入調(diào)制模塊的載波信號，方波信號與模擬波形信號調(diào)制后再與放大后的音頻信號經(jīng)白光 LED信道將信息傳送給接收端。其中的白光 LED為大功率電路，為防止儀器過熱造成電路損壞，專門設(shè)計有散熱器模塊。發(fā)送端也分為兩大部分，一是處理 A 路傳輸來的語音信號，二是處理 B 路傳輸來的模擬波形信號及555 波形信號。 發(fā)送部分： A 路由 MP3 或麥克風(fēng)提供語音信號和 LM386 音頻放大電路組成； B 路信號首先通過 NE555 方波發(fā)生器產(chǎn)生頻率大于 40KHz 的方波，然后與模擬波形信號共同調(diào)制后，再與 A 路語音信號同時經(jīng)過 LED 白光將信息傳送至接收端。 接收部分： A 路的語音信號通過 LM386 音頻功放電路后再經(jīng)點解電容傳送到接收端，此時還可能會產(chǎn)生雜波或是噪音等其他干擾物質(zhì)，為減少干擾，需要運用帶通濾波電路進行濾波。要獲得不失真且清晰的輸出信號，還需要采用放大電路對接收到的信號進行處理。 B 路輸出同樣需要濾波電路，與 A 路不同是，需要使用高通濾波電路，由于在發(fā)送端時 B 路輸入的信號經(jīng)過調(diào)制， 要獲得原信號，需要使用解調(diào)電路解調(diào)，然后經(jīng)過放大電路來獲得所需信號。 電源部分：電源包括 24V 直流電源和 12V 直流電源。是通過變壓、整流、穩(wěn)壓獲得的。使用降壓整流電路并結(jié)合三端穩(wěn)壓器 LM782 LM781 LM7805 來獲得所需電源。 電路參數(shù)分析 555 方波發(fā)生器參數(shù)分析 利用 NE555 芯片組成多諧振蕩電路自激產(chǎn)生脈沖波形。利用電容 C 不斷充放電使得 555 定時器交替輸出高低電平形成方波。參數(shù)分析過程如下： 放電持續(xù)時間（即低電平持續(xù)時間）為 ： 由 ，可得 。 充電持續(xù)時間（即高電平持續(xù)時間）為： 由 ， . 12 可得 。 根據(jù)設(shè)計所需的方波，選用適合的電阻及電容值就能得到相應(yīng)的方波信號。 調(diào)制解調(diào)電路參數(shù)分析 調(diào)制解調(diào)電路是利用集成模擬乘法器原理