可见光通信系统设计发射部分(附件)
毕业设计说明文（论文）中文毕业设计说明文（论文）中文可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是光通信的方法之一，研究人员发现，通过使用适当的调制方式，无线通信技术可以嵌入到这些LED照明系统中。本文设计的可见光通信系统发射部分是一个支持三路音频同时发送和三路数据同时发送的可见光信号发射装置，MCU控制器使用的是STM32F103RET6单片机，用C程序编写单片机运行代码实现单片机按键检测，通过单片机三个串口发送数据。三路数据用OOK调制电路调制后输出，三路音频信号通过载波信号发生器直接调制成不同载波频率的音频信号后输出，最后由三路LED驱动电路，用光强度调制将电信号转换成光信号发射出去。关键词 可见光通信，STM32F103RET6,LED, OOK调制，串口通信
目 录
1 引言 1
1.1 背景及意义 1
1.2 可见光通信技术 1
1.3 国内外发展现状 2
1.4 可见光通信技术应用前景 3
1.5 本文主要研究内容 4
2 方案论证 4
2.1 数据传输方案 4
2.2 音频传输方案 5
2.3 方案的确立 6
3 发射部分硬件设计 7
3.1 硬件组成 7
3.2 主控制器选型 7
3.3 硬件电路设计 8
3.3.1 直流电源设计 8
3.3.2 载波信号发生器设计 9
3.3.3 OOK调制电路 10
3.3.4 运算放大电路 11
3.3.5 LED驱动电路设计 12
4 发射部分软件设计 13
4.1软件流程图 13
4.2 软件核心功能实现 13
4.2.1 可见光数据通信功能实现 14
4.2.2 键盘扫描程序 16
5 调试与结果 19
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录A 发射装置原理图 25
附录B 程序源码 26
1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
言
1.1 背景及意义
随着LED照明灯的普及，越来越多的公司开始研发LED照明设备。因为LED的亮度高、寿命长，深受消费者的喜爱。制造工艺的提高，大大降低了LED灯的制造成本，LED的普及促使人们对LED的科学研究也越来越多。可见光通信（Visible Light Communications，VLC）技术是近几年无线通信技术热门话题，它以可见光LED发射信号，通过光电探测器接收信号，中间不需要任何介质辅助传输，即可达到3.4G/S的传输速率[1]，VLC可以提供一个较高的带宽环境且无电磁干扰，只要有LED灯的地方即可加入这一技术。早在二十世纪60年代，就有人开始研究光通信，并在实验室得到证实，通过结合高频开关，调制LED灯实现通信是可行的，但根据近几十年发布的文献数量来看，2013年是光通信研究的爆发起点，且每年发布的数量同比增长17.38%。究其原因，是现在LED的高普及，LED灯比普通的白炽灯亮度高，且节能寿命高。随着制造工艺的提高，LED的市场价格低廉，人们开始注意到了LED在通信领域的运用，开始来开发和利用基于可见光的通信技术。目前基于VLC技术的LIFI（Light Fidelity，可见光无线通信）已经进军市场，通过LIFI装置实现手机、电脑等终端在室内高速上网，该技术的进一步研发，这在不久的将来很有可能成为主流的互联网连接方式。
1.2 可见光通信技术
可见光通信技术（即VLC技术），是指利用人眼可见光源(375780nm)作为信息载体，摆脱导线电缆或者光纤等传输介质，通过空气在透明空间传输信号的通信方式。
目前主流的无线通信方式有射频通信以及红外无线通信等， 使用可见光LED通信速率已经达到了3.4G/S，成为高速数据传输最快的方式，广泛运用于光纤通信。表11是常见的三种无线通信方式之间的对比，可见光通信优势明显。
表11 可见光通信、红外通信与射频通信之间对比
通信方式
可见光通信
2.4g射频通信
红外无线通信
信号源
单色LED
射频信号
红外LED
传输速率
实验已达到3.4Gb/s
100Mb/s
100Mb/s
调制带宽
几十kHz到几百MHz
几十kHz到几百MHz
几十kHz到几百MHz
发射功率
无限制
有限制
无限制
干扰来源
外界光源
频段间干扰
大气吸收和散射
目前，可见光通信技术主要分为室内通信和室外通信两类。室外LED可见光通信典型的例子是城市交通信号灯系统，把数据信息技术和智能控制技术结合在一起，高效，实时，准确的通过LED指挥城市交通正常运作。室内LED可见光通信技术发展趋势主要是可见光互联网的接入。由英国爱丁堡大学的哈斯教授首次提出的LIFI术现在已经开始走进大众视野，通过LIFI装置实现手机、电脑等终端在室内高速上网，没有任何的电磁辐射，是一种新型的绿色环保健康上网方式。另外，室内照明系统进行音频传输，可以避免有线传输的电磁干扰和电阻损耗等诸多缺点，能达到无失真音频传输，成为家庭中最优良的音频传输系统。可见光室内定位解决了卫星、基站室内定位困难，定位不准确的问题，具有很大的发展前景。
1.3 国内外发展现状
光通信技术几乎运用在所有称得上是光的事物上。不同波长的光被用于通信[2]：无线光通信、自由空间光通信、可见光通信、激光通信、紫外线通信、红外光通信等光通信被开发和利用，但可见光还没能充分发挥出它具有的价值：绿色节能、价格低、无电磁干扰、运用场景丰富。现在生活中常常见到的红绿灯也是一种可见光通信技术，因为红绿灯的使用，交通才会一直流畅运行。近几年来世界各国逐渐开始关注可见光通信技术，也得到突破性的进展。
目 录
1 引言 1
1.1 背景及意义 1
1.2 可见光通信技术 1
1.3 国内外发展现状 2
1.4 可见光通信技术应用前景 3
1.5 本文主要研究内容 4
2 方案论证 4
2.1 数据传输方案 4
2.2 音频传输方案 5
2.3 方案的确立 6
3 发射部分硬件设计 7
3.1 硬件组成 7
3.2 主控制器选型 7
3.3 硬件电路设计 8
3.3.1 直流电源设计 8
3.3.2 载波信号发生器设计 9
3.3.3 OOK调制电路 10
3.3.4 运算放大电路 11
3.3.5 LED驱动电路设计 12
4 发射部分软件设计 13
4.1软件流程图 13
4.2 软件核心功能实现 13
4.2.1 可见光数据通信功能实现 14
4.2.2 键盘扫描程序 16
5 调试与结果 19
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录A 发射装置原理图 25
附录B 程序源码 26
1 引 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
言
1.1 背景及意义
随着LED照明灯的普及，越来越多的公司开始研发LED照明设备。因为LED的亮度高、寿命长，深受消费者的喜爱。制造工艺的提高，大大降低了LED灯的制造成本，LED的普及促使人们对LED的科学研究也越来越多。可见光通信（Visible Light Communications，VLC）技术是近几年无线通信技术热门话题，它以可见光LED发射信号，通过光电探测器接收信号，中间不需要任何介质辅助传输，即可达到3.4G/S的传输速率[1]，VLC可以提供一个较高的带宽环境且无电磁干扰，只要有LED灯的地方即可加入这一技术。早在二十世纪60年代，就有人开始研究光通信，并在实验室得到证实，通过结合高频开关，调制LED灯实现通信是可行的，但根据近几十年发布的文献数量来看，2013年是光通信研究的爆发起点，且每年发布的数量同比增长17.38%。究其原因，是现在LED的高普及，LED灯比普通的白炽灯亮度高，且节能寿命高。随着制造工艺的提高，LED的市场价格低廉，人们开始注意到了LED在通信领域的运用，开始来开发和利用基于可见光的通信技术。目前基于VLC技术的LIFI（Light Fidelity，可见光无线通信）已经进军市场，通过LIFI装置实现手机、电脑等终端在室内高速上网，该技术的进一步研发，这在不久的将来很有可能成为主流的互联网连接方式。
1.2 可见光通信技术
可见光通信技术（即VLC技术），是指利用人眼可见光源(375780nm)作为信息载体，摆脱导线电缆或者光纤等传输介质，通过空气在透明空间传输信号的通信方式。
目前主流的无线通信方式有射频通信以及红外无线通信等， 使用可见光LED通信速率已经达到了3.4G/S，成为高速数据传输最快的方式，广泛运用于光纤通信。表11是常见的三种无线通信方式之间的对比，可见光通信优势明显。
表11 可见光通信、红外通信与射频通信之间对比
通信方式
可见光通信
2.4g射频通信
红外无线通信
信号源
单色LED
射频信号
红外LED
传输速率
实验已达到3.4Gb/s
100Mb/s
100Mb/s
调制带宽
几十kHz到几百MHz
几十kHz到几百MHz
几十kHz到几百MHz
发射功率
无限制
有限制
无限制
干扰来源
外界光源
频段间干扰
大气吸收和散射
目前，可见光通信技术主要分为室内通信和室外通信两类。室外LED可见光通信典型的例子是城市交通信号灯系统，把数据信息技术和智能控制技术结合在一起，高效，实时，准确的通过LED指挥城市交通正常运作。室内LED可见光通信技术发展趋势主要是可见光互联网的接入。由英国爱丁堡大学的哈斯教授首次提出的LIFI术现在已经开始走进大众视野，通过LIFI装置实现手机、电脑等终端在室内高速上网，没有任何的电磁辐射，是一种新型的绿色环保健康上网方式。另外，室内照明系统进行音频传输，可以避免有线传输的电磁干扰和电阻损耗等诸多缺点，能达到无失真音频传输，成为家庭中最优良的音频传输系统。可见光室内定位解决了卫星、基站室内定位困难，定位不准确的问题，具有很大的发展前景。
1.3 国内外发展现状
光通信技术几乎运用在所有称得上是光的事物上。不同波长的光被用于通信[2]：无线光通信、自由空间光通信、可见光通信、激光通信、紫外线通信、红外光通信等光通信被开发和利用，但可见光还没能充分发挥出它具有的价值：绿色节能、价格低、无电磁干扰、运用场景丰富。现在生活中常常见到的红绿灯也是一种可见光通信技术，因为红绿灯的使用，交通才会一直流畅运行。近几年来世界各国逐渐开始关注可见光通信技术，也得到突破性的进展。
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