本實用新型涉及一種應(yīng)用分集接收技術(shù)的LED可見光音頻傳輸演示裝置。

背景技術(shù)：

白光LED被稱為第四代環(huán)保照明產(chǎn)品。與傳統(tǒng)照明光源相比，白光LED具有功耗低、使用壽命長、尺寸小等優(yōu)點且可以實現(xiàn)高速調(diào)制，因此更適用于高速數(shù)據(jù)通信。將白光LED照明系統(tǒng)和通信技術(shù)結(jié)合為人們提供了一種全新的無線光通信技術(shù)——可見光通信VLC(Visible Light Communication，簡稱VLC)。可見光通信技術(shù)是基于可見光發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡稱LED)，相比于熒光燈、白熾燈等傳統(tǒng)照明光源具有快速切換、調(diào)制簡單的特點，將信號經(jīng)過處理加載到LED上，從而在空氣中傳輸快速調(diào)制、變化人眼無法識別的光信號。在接收光敏探測器將其轉(zhuǎn)變成電信號，然后通過一系列的信號解調(diào)后來獲得信息。白光LED本身具有其他照明方式無法比擬的優(yōu)點，LED技藝的日趨成熟，使得LED照明必將成為時代的趨勢；LED的快速響應(yīng)特性，使LED能夠兼顧照明和通信。隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來，整個社會對寬帶無線接入需求日益增長，也為VLC技術(shù)帶來了發(fā)展機遇。與通常的通信方式相比，VLC具有通信距離不受限、節(jié)能環(huán)保、無電磁干擾等特點，有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＫ裕诎坠釲ED的VLC技術(shù)在未來幾年將會迅速發(fā)展。為了展示可見光通信技術(shù)的遠(yuǎn)離，更好地讓人們感受科技的魅力，激發(fā)青少年學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有必要設(shè)計一種LED可見光通信演示儀器。本實用新型可以使學(xué)生在教室和實驗室能夠直觀和清晰的看到教師對可見光通信技術(shù)的演示，方便教學(xué)及學(xué)生的理解，可以直觀展示演示裝置的設(shè)計思路及其語音通信應(yīng)用價值，體現(xiàn)可見光通信技術(shù)的實用性，增強了演示實驗的精確度和可信度，在演示實驗教學(xué)中能讓學(xué)生學(xué)會如何運用知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，填補本領(lǐng)域演示儀器的空白。

基于白光LED的照明兼通信系統(tǒng)的研究目前還處于理論研究階段，它的真正實現(xiàn)和推廣應(yīng)用還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，如合理設(shè)計光源布局以避免通信盲區(qū)、降低多徑效應(yīng)引起的碼間串?dāng)_等；由于光源分布位置的不同以及大氣中存在粒子散射，導(dǎo)致接收到的信號有不同的傳播時延，光信號脈沖展寬，彼此之間形成碼間串?dāng)_，使系統(tǒng)傳輸性能下降，因此在整體的布局中應(yīng)考慮如何降低碼間串?dāng)_。通過采用LED陣列和多個LED燈的合理布局可以使室內(nèi)光分布同時滿足照明和通信的需要，而多徑問題需要采用分集技術(shù)進行解決。分集技術(shù)是用來補償衰落信道損耗的，它通常利用無線傳播環(huán)境中同一信號的獨立樣本之間不相關(guān)的特點，使用一定的信號合并技術(shù)改善接收信號，來抵抗衰落引起的不良影響，傳統(tǒng)上用于短波通信來克服多徑衰落的影響。在可見光通信系統(tǒng)中可以不考慮多徑衰落的影響，但可以利用分集接收技術(shù)來提高其信噪比，尤其是在高速可見光通信系統(tǒng)中，分集接收能很好地克服不同路徑引起的碼間干擾的影響。分集接收技術(shù)應(yīng)用于LED可見光音頻傳輸演示裝置，可以避免出現(xiàn)因光信號在傳輸過程中衰減、背景光干擾導(dǎo)致的傳輸中斷的情況，使演示過程高效準(zhǔn)確地進行，從而加強演示裝置的精確度和可信度，在演示過程中有利于學(xué)生增強對通信技術(shù)的了解，深入理解可見光通信技術(shù)的實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種在接收端采用分集接收技術(shù)進行信號接收的LED可見光音頻傳輸演示裝置。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本實用新型在接收端以多個光敏二極管進行分集接收的形式完成信號接收，以達(dá)到演示可見光光通信目的，演示裝置由發(fā)射模塊、接收模塊和外置電源模塊構(gòu)成；所述的發(fā)射模塊包括白光LED燈支架、白光LED燈、白光LED燈驅(qū)動電路、信號放大電路、MP3語音播放模塊；所述的接收模塊包括三角支架與四個光敏二極管組成的分集接收模塊、比較器、繼電器、揚聲器、多級放大電路、功率放大器；所述的四個光敏二極管為四個相同的光敏二極管，分別為第一光敏二極管、第二光敏二極管、第三光敏二極管和第四光敏二極管；所述的外置電源模塊包括5V直流電源適配器、開關(guān)。

具體工作方式是：將白光LED燈固定在一豎直支架上，另一三角支架上安裝三個光敏二極管，使三個光敏二極管均在和水平面呈60°夾角的位置上，每個光敏二極管的表面均與球面半徑垂直。在三個光敏二極管的中間位置，即在球面頂部的水平位置，安裝第四個光敏二極管。打開開關(guān)，5V直流電源適配器將220V交流電轉(zhuǎn)換為5V直流電為系統(tǒng)供電，MP3音頻數(shù)據(jù)在MP3語音播放模塊中轉(zhuǎn)換為模擬信號。信號放大電路將MP3語音播放模塊輸出的模擬信號進行放大，放大后的模擬信號經(jīng)白光LED燈驅(qū)動電路實現(xiàn)對白光LED燈的控制，將模擬信號轉(zhuǎn)化為光信號。MP3音頻數(shù)據(jù)以光的形式傳遞到正對的三角支架，四個光敏二極管可以分別從不同方向接收到光信號，并將傳輸過來的光信號轉(zhuǎn)化為與音頻信號具有相同變化規(guī)律的模擬信號。比較器對比四個光敏二極管探測到的模擬信號的幅值大小，第一光敏二極管和第二光敏二極管、第三光敏二極管和第四光敏二極管探測的信號分別經(jīng)過比較器進行兩兩比較選出通信號較強的一路，最后再從兩路信號中選出信號最強的一路進行輸出。繼電器用以實現(xiàn)某路信號的導(dǎo)通或截止。信號最強的一路模擬信號經(jīng)過多級放大電路中的前置放大電路和主放大電路放大后，還原成與發(fā)射端相同的模擬信號。信號由功率放大器對模擬信號進行功率放大，進入揚聲器驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音，完成白光LED燈對MP3音頻信息傳輸。

本實用新型的有益效果是：通過分集接收技術(shù)，確保在信號傳輸過程中，只要不是所有的探測器都被遮擋，就能夠進行正常的信號傳送，即使光源角度發(fā)生變化，也總會有探測器能夠接收到較強的光信號，避免出現(xiàn)因光信號在傳輸過程中衰減、背景光干擾導(dǎo)致的傳輸中斷的情況。光敏二極管的布局合理，能克服不同路徑引起地碼間干擾的影響，保證信息傳遞的暢通，準(zhǔn)確接收信號，使演示過程高效準(zhǔn)確地進行，從而加強演示裝置的精確度和可信度，直觀展示演示裝置的設(shè)計思路及其語音通信應(yīng)用價值，體現(xiàn)可見光通信技術(shù)的實用性，使學(xué)生增加對可見光通信技術(shù)的了解和認(rèn)知，更深入全面地理解可見光通信技術(shù)的實際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為應(yīng)用分集接收技術(shù)的LED可見光音頻傳輸演示裝置的總體工作框圖；

圖2為分集接收模塊中光敏二極管的分布示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體結(jié)構(gòu)作進一步說明。

所述應(yīng)用分集接收技術(shù)的LED可見光音頻傳輸演示裝置如圖1所示，包括發(fā)射模塊、接收模塊和外置電源模塊；所述的發(fā)射模塊包括白光LED燈支架與白光LED燈106、白光LED燈驅(qū)動電路105、信號放大電路104、MP3語音播放模塊103；所述的接收模塊包括分集接收模塊107、比較器108、繼電器109、揚聲器112、多級放大電路110、功率放大器111；所述的外置電源模塊包括5V直流電源適配器101、開關(guān)102。

如附圖2所示，所述的分集接收模塊107包括三角支架207與四個光敏二極管；所述的四個光敏二極管為四個相同的光敏二極管，分別為第一光敏二極管201、第二光敏二極管202、第三光敏二極管203和第四光敏二極管204；所述的第一光敏二極管201、第二光敏二極管202、第三光敏二極管203均勻放置在一個半球面上，均與水平面呈60°夾角被安裝在三角支架207上，每個光敏二極管的表面均與球面半徑垂直；在三個光敏二極管的中間位置，即在球面頂部的水平位置，安裝第四光敏二極管204。白光LED燈206固定在另一豎直支架205上，兩支架相距1m正對放置。

打開開關(guān)102，5V直流電源適配器101將220V交流電轉(zhuǎn)換為5V直流電為系統(tǒng)供電，MP3音頻數(shù)據(jù)在MP3語音播放模塊103中轉(zhuǎn)換為模擬信號。通過信號放大電路104將MP3語音播放模塊103輸出的模擬信號進行放大，放大后的模擬信號經(jīng)LED燈驅(qū)動電路105實現(xiàn)對白光LED燈支架與白光LED燈106中固定在豎直支架205上的白光LED燈206進行控制，將模擬信號轉(zhuǎn)化為光信號，使MP3音頻數(shù)據(jù)以光的形式傳遞到分集接收模塊107。分集接收模塊107中的三角支架207上，第一光敏二極管201、第二光敏二極管202、第三光敏二極管203和第四光敏二極管204分別從不同方向接收到光信號，并將傳輸過來的光信號轉(zhuǎn)化為與音頻信號具有相同變化規(guī)律的模擬信號；由比較器108對比四個光敏二極管探測到的模擬信號的幅值大小，第一光敏二極管201和第二光敏二極管202、第三光敏二極管203和第四光敏二極管204探測的信號分別經(jīng)過比較器108進行兩兩比較選出通信號較強的一路，最后再從兩路信號中選出信號最強的一路進行輸出，繼電器109實現(xiàn)某路信號的導(dǎo)通或截止。最終輸出的一路模擬信號經(jīng)過多級放大電路110中的前置放大電路和主放大電路放大后，還原成與發(fā)射端相同的模擬信號；信號由功率放大器111對模擬信號進行功率放大，進入揚聲器112驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音，完成整個音頻信息的傳輸過程。

綜上所述，本實用新型利用LED燈發(fā)光強度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)高速的特性，通過LED發(fā)出高速明暗閃爍信號來傳播信息；與現(xiàn)有技術(shù)相比，在接收端采用分集接收技術(shù)，增加接收端光電探測器的個數(shù)，增加了接收面積；對多個光電探測器進行合理布局，克服不同路徑引起地碼間干擾的影響，避免出現(xiàn)因光信號在傳輸過程中衰減、背景光干擾導(dǎo)致的傳輸中斷的情況，保證信息傳遞的暢通，準(zhǔn)確接收信號，使演示過程高效準(zhǔn)確地進行。本實用新型能直觀高效地展示可見光通信技術(shù)，并應(yīng)用于可見光語音通信。相比傳統(tǒng)的LED可見光通信技術(shù)演示儀，具有演示過程流暢，抗干擾性強，精確度高，音頻保真度高的特點，在直觀展示演示裝置的設(shè)計思路的同時，體現(xiàn)可見光通信技術(shù)的語音通信應(yīng)用價值及實用性，使學(xué)生增加對可見光通信技術(shù)的了解和認(rèn)知，更深入全面地理解可見光通信技術(shù)的實際應(yīng)用，提高研究興趣，有利于可見光通信技術(shù)未來的發(fā)展。