“可见光通信设计报告”

1、全国大学生电子设计大赛自由空间光通信作品类别：xxxxxxxxxxxxx队长： 队员： 指导教师： 自由空间光通信摘要：本系统完成了自由空间光通信的设计。采用激光作为载波将手机加收到的信号发给接收端，通过TL494芯片所产生的方波对信号进行调制解调，利用硅光电池接收信号，再由功率放大器将信号输出。经过测试，我们的系统满足设计要求。关键词：激光； TL494芯片；功率放大器1 方案论证与比较任务要求中明确提出，设计的系统的通讯距离要达到20m。针对题目要求，硬件主要处理的问题是信号的预处理、信号的发射、信号的调制、信号的解调与驱动和信号的接收。以下将对各方案进行分析论证。1.1 发射部分载波方案

2、论证与选择方案一：非激光通信，如：红外线通信、紫外线通信。方案二：激光通信。方案选择论证：方案一非激光红外线、紫外线通信的原理是一样的，就拿红外线通信来说，它可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响。方案二激光通信，由于激光具有相干性好、准直性好，采用激光作为通信系统中信号的载波，可使信号稳定传输，不易受外界环境的干扰。本系统采用方案二。1.2 信号调制解调部分方案论证与选择方案一：PWM脉宽调制，用硬件设计可调PWM脉宽调制，利用可调的脉

3、宽信号控制载波。PWM脉宽调制的设计图如图1。方案二：采用TL494芯片产生占空比可调的方波，用这个方波也可以控制载波。TL494的内部电路图如图2所示。图 1图 2方案选择论证：方案一采用纯硬件的手法设计PWM电路，转换速度快，但会给设计增加工作量以及相关的成本，而且在硬件设计的过程中可能会与实际要求的参数有一点的偏差，从而影响最后的设计。方案二LT494芯片产生占空比可调的方波，这种方案使得电路设计更加简单，不宜出错。本系统采用方案二。1.3 接收部分方案论证与选择本系统的接收部分是采用硅光电池接收载波信号（激光信号），硅光电池将光信号转化为电信号，再将电信号传给功率放大部分，通过功率放大

4、部分将电信号转化为声音信从而实现距离达20m的通信。接收部分的电路图如图3。图32 硬件设计2.1 总体设计图 4 系统框图2.2 原理分析说明及特色本系统将手机接收到的音频信号送给TL494芯片调制，然后将调制过后的信号传给发射装置，用激光作为载波将信号传给接收装置的硅光电池，由硅光电池将光信号转为电信号，经过音频放大电路也就是功率放大器，将音频信号放大，然后输出。这样设计的好处是使得电路更加简便，调试更加简单，测试发现，设计结果满足要求。3 理论分析与计算3.1 发射部分本系统的发射部分用激光作为载波，普通光源发射的光辐射无方向性，光束发射度大，而激光发散角小，一般为毫弧度数量级，方向性好

5、，方向性即光束的指向性，常以平面角的大小来评价。角越小，光束发散越小，方向性越好。不同光源中方向性最好的探照灯，其光束发散角也有0.1激光的发散角是探照灯的以上，为微波的。如果借助光学系统，发散角可以减小到微弧度数量级，接近真正的平行光。用这样的光源作为通信系统中的载波，可以减少信号传输过程中能量的损耗。激光的相干性好，不易受外界坏境的影响。激光还具有很好的瞬时性，瞬时性是指光脉冲宽度的可压缩性，激光的单色性和方向性是光能在频率和空间上的高度集中性的表现。3.2 调制与解调部分部分3.2.1调制部分本系统采用TL494芯片产生一路方波，对系统进行调制，电路图如图4图4载波调制就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。3.2.2解调部分解调是调制的逆过程，本设计的解调部分用了一个硅电池，接收了激光信号，再将光信号转化为电信号传给音频放大部分。3.3 接收部分本系统利用硅光电池接收载波信号，再用功率放大部分将信号放大，功率放大部分如图5图 54 功能测试与结果分析经过测试。通信距离为20m。测试图见附录14.2 测试分析及总结经过测试，系统的通信距离为20m，达到要求。5 附录5.1 系统原理图图6 发射部分电路图图7 接收部分电路