应用分集接收技术的LED可见光音频传输演示装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用分集接收技术的LED可见光音频传输演示装置。

背景技术：

白光LED被称为第四代环保照明产品。与传统照明光源相比，白光LED具有功耗低、使用寿命长、尺寸小等优点且可以实现高速调制，因此更适用于高速数据通信。将白光LED照明系统和通信技术结合为人们提供了一种全新的无线光通信技术——可见光通信VLC(Visible Light Communication，简称VLC)。可见光通信技术是基于可见光发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)，相比于荧光灯、白炽灯等传统照明光源具有快速切换、调制简单的特点，将信号经过处理加载到LED上，从而在空气中传输快速调制、变化人眼无法识别的光信号。在接收光敏探测器将其转变成电信号，然后通过一系列的信号解调后来获得信息。白光LED本身具有其他照明方式无法比拟的优点，LED技艺的日趋成熟，使得LED照明必将成为时代的趋势；LED的快速响应特性，使LED能够兼顾照明和通信。随着网络时代的到来，整个社会对宽带无线接入需求日益增长，也为VLC技术带来了发展机遇。与通常的通信方式相比，VLC具有通信距离不受限、节能环保、无电磁干扰等特点，有着巨大的发展潜力。所以，基于白光LED的VLC技术在未来几年将会迅速发展。为了展示可见光通信技术的远离，更好地让人们感受科技的魅力，激发青少年学生的学习兴趣，有必要设计一种LED可见光通信演示仪器。本实用新型可以使学生在教室和实验室能够直观和清晰的看到教师对可见光通信技术的演示，方便教学及学生的理解，可以直观展示演示装置的设计思路及其语音通信应用价值，体现可见光通信技术的实用性，增强了演示实验的精确度和可信度，在演示实验教学中能让学生学会如何运用知识，培养学生的创新思维，填补本领域演示仪器的空白。

基于白光LED的照明兼通信系统的研究目前还处于理论研究阶段，它的真正实现和推广应用还有很多关键技术需要解决，如合理设计光源布局以避免通信盲区、降低多径效应引起的码间串扰等；由于光源分布位置的不同以及大气中存在粒子散射，导致接收到的信号有不同的传播时延，光信号脉冲展宽，彼此之间形成码间串扰，使系统传输性能下降，因此在整体的布局中应考虑如何降低码间串扰。通过采用LED阵列和多个LED灯的合理布局可以使室内光分布同时满足照明和通信的需要，而多径问题需要采用分集技术进行解决。分集技术是用来补偿衰落信道损耗的，它通常利用无线传播环境中同一信号的独立样本之间不相关的特点，使用一定的信号合并技术改善接收信号，来抵抗衰落引起的不良影响，传统上用于短波通信来克服多径衰落的影响。在可见光通信系统中可以不考虑多径衰落的影响，但可以利用分集接收技术来提高其信噪比，尤其是在高速可见光通信系统中，分集接收能很好地克服不同路径引起的码间干扰的影响。分集接收技术应用于LED可见光音频传输演示装置，可以避免出现因光信号在传输过程中衰减、背景光干扰导致的传输中断的情况，使演示过程高效准确地进行，从而加强演示装置的精确度和可信度，在演示过程中有利于学生增强对通信技术的了解，深入理解可见光通信技术的实际应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种在接收端采用分集接收技术进行信号接收的LED可见光音频传输演示装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型在接收端以多个光敏二极管进行分集接收的形式完成信号接收，以达到演示可见光光通信目的，演示装置由发射模块、接收模块和外置电源模块构成；所述的发射模块包括白光LED灯支架、白光LED灯、白光LED灯驱动电路、信号放大电路、MP3语音播放模块；所述的接收模块包括三角支架与四个光敏二极管组成的分集接收模块、比较器、继电器、扬声器、多级放大电路、功率放大器；所述的四个光敏二极管为四个相同的光敏二极管，分别为第一光敏二极管、第二光敏二极管、第三光敏二极管和第四光敏二极管；所述的外置电源模块包括5V直流电源适配器、开关。

具体工作方式是：将白光LED灯固定在一竖直支架上，另一三角支架上安装三个光敏二极管，使三个光敏二极管均在和水平面呈60°夹角的位置上，每个光敏二极管的表面均与球面半径垂直。在三个光敏二极管的中间位置，即在球面顶部的水平位置，安装第四个光敏二极管。打开开关，5V直流电源适配器将220V交流电转换为5V直流电为系统供电，MP3音频数据在MP3语音播放模块中转换为模拟信号。信号放大电路将MP3语音播放模块输出的模拟信号进行放大，放大后的模拟信号经白光LED灯驱动电路实现对白光LED灯的控制，将模拟信号转化为光信号。MP3音频数据以光的形式传递到正对的三角支架，四个光敏二极管可以分别从不同方向接收到光信号，并将传输过来的光信号转化为与音频信号具有相同变化规律的模拟信号。比较器对比四个光敏二极管探测到的模拟信号的幅值大小，第一光敏二极管和第二光敏二极管、第三光敏二极管和第四光敏二极管探测的信号分别经过比较器进行两两比较选出通信号较强的一路，最后再从两路信号中选出信号最强的一路进行输出。继电器用以实现某路信号的导通或截止。信号最强的一路模拟信号经过多级放大电路中的前置放大电路和主放大电路放大后，还原成与发射端相同的模拟信号。信号由功率放大器对模拟信号进行功率放大，进入扬声器驱动扬声器发出声音，完成白光LED灯对MP3音频信息传输。

本实用新型的有益效果是：通过分集接收技术，确保在信号传输过程中，只要不是所有的探测器都被遮挡，就能够进行正常的信号传送，即使光源角度发生变化，也总会有探测器能够接收到较强的光信号，避免出现因光信号在传输过程中衰减、背景光干扰导致的传输中断的情况。光敏二极管的布局合理，能克服不同路径引起地码间干扰的影响，保证信息传递的畅通，准确接收信号，使演示过程高效准确地进行，从而加强演示装置的精确度和可信度，直观展示演示装置的设计思路及其语音通信应用价值，体现可见光通信技术的实用性，使学生增加对可见光通信技术的了解和认知，更深入全面地理解可见光通信技术的实际应用。

附图说明

图1为应用分集接收技术的LED可见光音频传输演示装置的总体工作框图；

图2为分集接收模块中光敏二极管的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体结构作进一步说明。

所述应用分集接收技术的LED可见光音频传输演示装置如图1所示，包括发射模块、接收模块和外置电源模块；所述的发射模块包括白光LED灯支架与白光LED灯106、白光LED灯驱动电路105、信号放大电路104、MP3语音播放模块103；所述的接收模块包括分集接收模块107、比较器108、继电器109、扬声器112、多级放大电路110、功率放大器111；所述的外置电源模块包括5V直流电源适配器101、开关102。

如附图2所示，所述的分集接收模块107包括三角支架207与四个光敏二极管；所述的四个光敏二极管为四个相同的光敏二极管，分别为第一光敏二极管201、第二光敏二极管202、第三光敏二极管203和第四光敏二极管204；所述的第一光敏二极管201、第二光敏二极管202、第三光敏二极管203均匀放置在一个半球面上，均与水平面呈60°夹角被安装在三角支架207上，每个光敏二极管的表面均与球面半径垂直；在三个光敏二极管的中间位置，即在球面顶部的水平位置，安装第四光敏二极管204。白光LED灯206固定在另一竖直支架205上，两支架相距1m正对放置。

打开开关102，5V直流电源适配器101将220V交流电转换为5V直流电为系统供电，MP3音频数据在MP3语音播放模块103中转换为模拟信号。通过信号放大电路104将MP3语音播放模块103输出的模拟信号进行放大，放大后的模拟信号经LED灯驱动电路105实现对白光LED灯支架与白光LED灯106中固定在竖直支架205上的白光LED灯206进行控制，将模拟信号转化为光信号，使MP3音频数据以光的形式传递到分集接收模块107。分集接收模块107中的三角支架207上，第一光敏二极管201、第二光敏二极管202、第三光敏二极管203和第四光敏二极管204分别从不同方向接收到光信号，并将传输过来的光信号转化为与音频信号具有相同变化规律的模拟信号；由比较器108对比四个光敏二极管探测到的模拟信号的幅值大小，第一光敏二极管201和第二光敏二极管202、第三光敏二极管203和第四光敏二极管204探测的信号分别经过比较器108进行两两比较选出通信号较强的一路，最后再从两路信号中选出信号最强的一路进行输出，继电器109实现某路信号的导通或截止。最终输出的一路模拟信号经过多级放大电路110中的前置放大电路和主放大电路放大后，还原成与发射端相同的模拟信号；信号由功率放大器111对模拟信号进行功率放大，进入扬声器112驱动扬声器发出声音，完成整个音频信息的传输过程。

综上所述，本实用新型利用LED灯发光强度高、稳定性好、响应高速的特性，通过LED发出高速明暗闪烁信号来传播信息；与现有技术相比，在接收端采用分集接收技术，增加接收端光电探测器的个数，增加了接收面积；对多个光电探测器进行合理布局，克服不同路径引起地码间干扰的影响，避免出现因光信号在传输过程中衰减、背景光干扰导致的传输中断的情况，保证信息传递的畅通，准确接收信号，使演示过程高效准确地进行。本实用新型能直观高效地展示可见光通信技术，并应用于可见光语音通信。相比传统的LED可见光通信技术演示仪，具有演示过程流畅，抗干扰性强，精确度高，音频保真度高的特点，在直观展示演示装置的设计思路的同时，体现可见光通信技术的语音通信应用价值及实用性，使学生增加对可见光通信技术的了解和认知，更深入全面地理解可见光通信技术的实际应用，提高研究兴趣，有利于可见光通信技术未来的发展。