可见光通信技术的研究与应用【字数：10044】
摘 要在当今的生活中，由于白光LED具有环保、节能等优点，白光LED正在淘汰白炽灯，走进千家万户。因为LED具有非常高的响应频率，并且具有高速调制的特性。因此使用LED来传输信息，设计出了室内可见光通信系统。本设计使用LED作为信号发射头，利用LED光承载的高速明暗闪烁信号来传输信息，使LED可以照明的同时也可以用来传输信息。在本次的设计中，主要传输文本、音频和视频三种信息。在信号发送端，将需要发送的信号放大调制后，然后信号通过LED驱动电路控制LED发出搭载了相应信号的白光。在接收端，使用光敏传感器接收来自可将光中的信号，在将接收到的信号解调后，判断信号类型，若接收到的是文本信号，则将接收到的文本信号送至电脑端显示；若接收到的是音频信号，则将接收到的信号送至喇叭中输出；若接收到的信号为视频信号，则将信号送至USB视频采集卡中，由电脑端显示。
目 录
1 引言 1
1.1. 课题背景与现状 1
1.2. 课题研究的现实意义与应用前景 1
1.3. 本课题的研究的主要任务 2
2 总体方案设计 3
2.1. 音频信号的发送与接收 3
2.2. 文本信号的发送与接收 4
2.3. 视频信号的发送与接收 4
3 系统选型方案 5
3.1. 发光器件的选择 5
3.2. 光电传感器的选择 6
3.3. 声音传感器的选择 7
3.4. 摄像头的选择 8
3.5. 显示模块的选择 8
3.6. 控制器的选择 9
4 硬件基础与结构优化 11
4.1. 信号发送模块 11
4.1.1 电源电路 11
4.1.2 音频信号的处理 12
4.1.3 文本信息的传输 13
4.1.4 LED驱动电路 14
4.2. 信号接收模块 15
4.2.1 模拟信号接收电路 16
4.2.2 数字信号接收电路 16
4.2.3 音频输出电路 17
5 系统软件的设计与实现 18
5.1. 总体设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
5.2. 文本信息的发送与接收 18
6 实验测试和成果展示 21
7 结语 23
参考文献 24
致谢 25
引言
课题背景与现状
随着时代的发展，在日常生活中，人们会用到越来越多的电子设备。智能设备在日常生活中快速的普及，人们在日常生活中使用到的电子通信设备的种类也变得越来越多。这样的变化使得电子通信设备接入网络的难度变得越来越大。通过光纤传输的信息如何突破“最后一公里”送至人们的电子设备当中的功能的实现也变得非常困难。目前，无线网频资源随着人们的使用也变得越来越稀缺，而且电磁辐射也在使着无线信息传输变得困难。因次，人们正在寻找着一种可以增加无线频谱资源，更加绿色环保节能的无线网络接入方式[1]。正是因为上面的这些原因，可将光通信技术应运而生，可将光通信技术为通信增加了许许多多的可能。
在本世纪初，日本的研究人员就提出了使用LED照明设备来进行信息传输，使用LED作为信号发送端来构建一个可将光室内通信传输系统[3]。在日本学者提出这个概念后，世界各国都投入了很多力量来发展可将光无线通信。目前，将可将光通信的基础研究、实验研究都基本完成，可见光通信现在处于实用阶段的前夕。可将光通信融合了通信和照明功能，可将光未来有可能取代传统的室内通信系统，有很大的应用前景。现如今，在许许多多的领域都应用了可将光发光技术，包括照明、显示以及信号发射。不同于其他光源，LED白光具有许多的优异性能，LED白光具有更高的响应频率，同时LED白光也具有更好的调制性能。人们可以利用LED的这些优异特性，将需要传输的信号经过一定的处理，通过LED传播出去。因此，LED照明技术的发展，也在促进着可见光通信技术的发展[2]。
课题研究的现实意义与应用前景
现如今，无线频谱资源日益紧张，很多无线频段已经被占用。因此，重新找到可利用的通信方式已变得越来越重要。与此同时，可将光波段的频谱目前还无人利用，也不属于管制的频谱。因此，可见光通信技术可以很好的利用这些尚无管制的波段来进行无线通信[4]。使用可见光通信技术可以很好的抢占这些可将光空白频段，更加有效的利用这些频谱资源。可将光通信技术也可以使电磁通信与光通信存在于同一空间内，二者互不干扰。可见光通信技术也具有更好的安全性和保密性等优点。
在信号发送端，系统通过相应的驱动电路来驱动LED灯发出速度很快的闪烁信号；在信号接收端，系统可以将接收到的闪烁信号解调成数字信号的“0”和“1”，这便是最简便的一个可见光通信系统。可见光通信技术在通信的同时，利用其在通信过程中发出的LED白光，可以为我们提供照明。可见光通信技术具有许多的优点：可见光的功耗很低，使用很少的器件就可以完成通信功能；因为可将光通信并不使用电磁信号，因此并不具有电磁污染，可以将可见光通信应用到医院、飞机等对电磁信号敏感高的领域；可见光通信技术目前并不需要政府颁发的无线电频率的许可证，因此其应用比较灵活，适合在各种智能家居的应用场所；可见光通信技术也非常适合用于水下的无线通信。而且可见光通信技术具有很好的保密性能和非常高的通信速度，因此我们可以将可见光通信技术应用到安防领域。
本课题的研究的主要任务
本次设计主要是探讨可见光传输信息的应用方法以及在搭建通信系统过程中的一些注意事项。本系统主要分为可见光信息发送端和可见光信息接收端两个部分。在信息发送端，要确定文本、音频、视频三种信号的来源和对三种信号的采集方法；确定对采集到的信号的调制方法；然后搭建合适的LED驱动电路。在信息接收端，要选择合适的光信号接收传感器，搭建合适的信号解调电路，然后再根接据收到的信号种类，将信号做适当的处理后，将处理后的信号送至合适的输出端输出。
总体方案设计
本课题为可见光通信技术的研究与应用，主要任务是通过可见光传输音频、文本、视频等信息。本设计主要分为信息发送部分和信息接收部分。信息发送部分完成对音频、文本、视频等信号的调制并通过LED发送出去。信息接收部分完成对音频、文本、视频信息的接收，并且将信号送至相应的输出端口输出。本次设计的总体流程图如图21所示。
目 录
1 引言 1
1.1. 课题背景与现状 1
1.2. 课题研究的现实意义与应用前景 1
1.3. 本课题的研究的主要任务 2
2 总体方案设计 3
2.1. 音频信号的发送与接收 3
2.2. 文本信号的发送与接收 4
2.3. 视频信号的发送与接收 4
3 系统选型方案 5
3.1. 发光器件的选择 5
3.2. 光电传感器的选择 6
3.3. 声音传感器的选择 7
3.4. 摄像头的选择 8
3.5. 显示模块的选择 8
3.6. 控制器的选择 9
4 硬件基础与结构优化 11
4.1. 信号发送模块 11
4.1.1 电源电路 11
4.1.2 音频信号的处理 12
4.1.3 文本信息的传输 13
4.1.4 LED驱动电路 14
4.2. 信号接收模块 15
4.2.1 模拟信号接收电路 16
4.2.2 数字信号接收电路 16
4.2.3 音频输出电路 17
5 系统软件的设计与实现 18
5.1. 总体设计 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
5.2. 文本信息的发送与接收 18
6 实验测试和成果展示 21
7 结语 23
参考文献 24
致谢 25
引言
课题背景与现状
随着时代的发展，在日常生活中，人们会用到越来越多的电子设备。智能设备在日常生活中快速的普及，人们在日常生活中使用到的电子通信设备的种类也变得越来越多。这样的变化使得电子通信设备接入网络的难度变得越来越大。通过光纤传输的信息如何突破“最后一公里”送至人们的电子设备当中的功能的实现也变得非常困难。目前，无线网频资源随着人们的使用也变得越来越稀缺，而且电磁辐射也在使着无线信息传输变得困难。因次，人们正在寻找着一种可以增加无线频谱资源，更加绿色环保节能的无线网络接入方式[1]。正是因为上面的这些原因，可将光通信技术应运而生，可将光通信技术为通信增加了许许多多的可能。
在本世纪初，日本的研究人员就提出了使用LED照明设备来进行信息传输，使用LED作为信号发送端来构建一个可将光室内通信传输系统[3]。在日本学者提出这个概念后，世界各国都投入了很多力量来发展可将光无线通信。目前，将可将光通信的基础研究、实验研究都基本完成，可见光通信现在处于实用阶段的前夕。可将光通信融合了通信和照明功能，可将光未来有可能取代传统的室内通信系统，有很大的应用前景。现如今，在许许多多的领域都应用了可将光发光技术，包括照明、显示以及信号发射。不同于其他光源，LED白光具有许多的优异性能，LED白光具有更高的响应频率，同时LED白光也具有更好的调制性能。人们可以利用LED的这些优异特性，将需要传输的信号经过一定的处理，通过LED传播出去。因此，LED照明技术的发展，也在促进着可见光通信技术的发展[2]。
课题研究的现实意义与应用前景
现如今，无线频谱资源日益紧张，很多无线频段已经被占用。因此，重新找到可利用的通信方式已变得越来越重要。与此同时，可将光波段的频谱目前还无人利用，也不属于管制的频谱。因此，可见光通信技术可以很好的利用这些尚无管制的波段来进行无线通信[4]。使用可见光通信技术可以很好的抢占这些可将光空白频段，更加有效的利用这些频谱资源。可将光通信技术也可以使电磁通信与光通信存在于同一空间内，二者互不干扰。可见光通信技术也具有更好的安全性和保密性等优点。
在信号发送端，系统通过相应的驱动电路来驱动LED灯发出速度很快的闪烁信号；在信号接收端，系统可以将接收到的闪烁信号解调成数字信号的“0”和“1”，这便是最简便的一个可见光通信系统。可见光通信技术在通信的同时，利用其在通信过程中发出的LED白光，可以为我们提供照明。可见光通信技术具有许多的优点：可见光的功耗很低，使用很少的器件就可以完成通信功能；因为可将光通信并不使用电磁信号，因此并不具有电磁污染，可以将可见光通信应用到医院、飞机等对电磁信号敏感高的领域；可见光通信技术目前并不需要政府颁发的无线电频率的许可证，因此其应用比较灵活，适合在各种智能家居的应用场所；可见光通信技术也非常适合用于水下的无线通信。而且可见光通信技术具有很好的保密性能和非常高的通信速度，因此我们可以将可见光通信技术应用到安防领域。
本课题的研究的主要任务
本次设计主要是探讨可见光传输信息的应用方法以及在搭建通信系统过程中的一些注意事项。本系统主要分为可见光信息发送端和可见光信息接收端两个部分。在信息发送端，要确定文本、音频、视频三种信号的来源和对三种信号的采集方法；确定对采集到的信号的调制方法；然后搭建合适的LED驱动电路。在信息接收端，要选择合适的光信号接收传感器，搭建合适的信号解调电路，然后再根接据收到的信号种类，将信号做适当的处理后，将处理后的信号送至合适的输出端输出。
总体方案设计
本课题为可见光通信技术的研究与应用，主要任务是通过可见光传输音频、文本、视频等信息。本设计主要分为信息发送部分和信息接收部分。信息发送部分完成对音频、文本、视频等信号的调制并通过LED发送出去。信息接收部分完成对音频、文本、视频信息的接收，并且将信号送至相应的输出端口输出。本次设计的总体流程图如图21所示。
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