2技術報告書匯編可見光語音通信

1、附件二“合泰杯”第十屆市大學生單片機應用設計競賽技術報告書伍 編號：15TJ-0529名 稱：可見光語音通信 型號：A.HT32F1765 B.HT66F70A C.HT66FU50參 賽 隊使用所屬類別：A、B參賽學生：指導： 通 訊 地址：市西青區(qū)賓水西道 399 號工業(yè)大學： 522293342.com“合泰杯”第十屆市大學生單片機應用設計競賽學校學院（系）工業(yè)大學電子與信息學院學校專業(yè)年級工業(yè)大學電科大二工業(yè)大學電科大二書工業(yè)大學電科大二目 錄一、摘要（頁號）二、三、工作原理 功能、特色 結構 （一）硬件部分 （二）軟件部分 四、五、六、設計方式 七、測試方式 八、操作方式 九、附錄

2、（一）未來開發(fā)方向 （二）參考資料 （三）其它“合泰杯”第十屆市大學生單片機應用設計競賽名稱參賽編號：15TJ-0529工業(yè)大學 電子與信息學院（系）：指導參賽隊員：書Address：522293342.com日期：2015 年 4 月 28 日摘要LED 可見光無線通信是一種新興光通信技術，它利用 LED 發(fā)出的高速明暗閃爍燈光實現(xiàn)信息的調(diào)制和傳輸，利用光電二極管實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，獲取信息。LED 可見光無線通信避免了電磁干擾，而且無需申請頻段，非常適合應在展示導游、智能型道路交通系統(tǒng)、醫(yī)院、室內(nèi)信息傳輸?shù)阮I域。隨著各國對此技術不斷深入研究，LED 可見光無線通信正呈現(xiàn)越來越大的應用價值。、德國

3、等發(fā)達已在這方面走在前面，德國研究在 2010 年研制出 500 Mbit/s 的可見光通信系統(tǒng)，更是極力發(fā)展應用該技術，在東京舉行的 2012 尖端技術展上，可見光通信正向智能機滲透，以卡西歐為代表的若干家企業(yè)均拿出了將可見光作為信息載體的傳輸技術。： 可見光通信 智能家居 語音編第 1 章可見光通信技（VisibleLightCommunication，簡稱 VLC）是隨著白光 LED 照明技術的發(fā)展而興起的無線光通信技術。LED 具有功耗低、長、備高速調(diào)制的特性。設計基于 LED 的小、綠色環(huán)保等優(yōu)點，與傳統(tǒng)照明光源相比，LED 又具有響應時間短、具見光無線通信系統(tǒng)和，可實現(xiàn)照明和通信的

4、雙重作用。本在 LED 可見光通信的基礎上設計可以實現(xiàn)雙聲道可見光語音通信，以此實現(xiàn)聲放音。帶上耳機便可以在家中隨處體驗聲的效果。LED 作為新一代光源，具有功耗低、使用長、小、綠色環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于室內(nèi)照明、道路照明等領域。同時，LED 的響應靈敏度非常高，具有良好的調(diào)制特性，因此，可以利用 LED 進行高速數(shù)據(jù)通信。與傳統(tǒng)的通信技術相比，可見光通信的速度可達每秒數(shù)百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信。第 2 章 工作原理LED 可見光語音傳輸系統(tǒng)主要由可見光發(fā)射裝置和接收裝置兩大部分組成，在發(fā)射端，利用語音對語音信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過單片機串口輸出的數(shù)字信號LED 亮滅，進而轉(zhuǎn)換為

5、光信號；在接收端，將接收到的光信號進行光電轉(zhuǎn)換處理后，由單片機異步接收轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，并驅(qū)動語音將數(shù)字信號還原為語音信號，最后通過揚聲器。本擬實現(xiàn)的結構框圖如下：麥克風HOLTEKMCULED語音信號處理語音信號調(diào)制開關揚聲器音頻功放語音信號解調(diào)HOLTEK MCU圖 1 總體框圖電信號處理光敏器件第 3 章本功能、特色在 LED 可見光通信的基礎上，而且比較市場上的主品而言更具有實用性，設計基于白光 LED 的室內(nèi)可見光無線通信系統(tǒng)和，可實現(xiàn)照明和通信的雙重作用，價格上也更加。第 4 章結構4.1 硬件部分設計4.1.1 語音信號發(fā)射電路本采用 MC14LC5480 語音編碼，輸出 PCM

6、 語音信號，通過I2S 總線傳輸給HT66F70A，單片機將接收到的信號通過串口傳給開關電路驅(qū)動 LED 閃爍。如圖 1圖 1 語音信號發(fā)射電路4.1.2 語音信號接收電路光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)多級放大后輸入單片機，由 HT66FU50 單片機出。包括低噪聲前置放大器電路在內(nèi)的接收端設計電路如圖 2 所示。進行輸-4-圖 2 語音信號接收電路4.2 軟件部分軟件部分主要實現(xiàn)單片機的串口和語音之間的數(shù)據(jù)傳輸，按照語音的時序完成 8 位數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，發(fā)射部分和接收部分將分別贅述。本設計選用 MC14LC5480 的長幀傳輸模式，其時序圖如圖 3 所示。發(fā)射和接收一幀數(shù)據(jù)時鐘 FST

7、/FSR 的上升沿作為開始。每一位 PCM 信號以當前位時鐘 BCLK 的上升沿開始，以下一位時鐘上升沿到來時結束。長幀模式的幀時鐘高電平必須持續(xù)兩個或兩個以上的位時鐘周期。圖 3 MC14LC5480 長幀模式時序圖-5-4.2.1發(fā)射部分開始位時鐘初始化單片機從DT 接收8 位數(shù)據(jù)N幀時鐘上升沿是否到來N串口輸出完成YY圖 4 發(fā)射端程序流程圖發(fā)射端軟件實現(xiàn)流程圖如圖 4 所示。首先初始化單片機，開啟串口發(fā)射。然后等待幀時鐘的上升沿到來。得到后由單片機發(fā)射位時鐘信號。每個位時鐘信號過程中接收一位數(shù)據(jù)，每幀共 8 位。再將接收到的信號送入單片機串口寄存器中發(fā)射出去，波特率為 250Kbit/

8、s。最后回置循環(huán)頂部，準備接收下一幀數(shù)據(jù)。4.2.2 發(fā)射部分位時鐘及幀時鐘開始8 位初始化單片機數(shù)據(jù)NN復位幀時鐘接收串口數(shù)據(jù)？YY-6-圖 5 接收端程序流程圖接收端軟件實現(xiàn)流程圖如圖 5 所示。首先初始化單片機，開啟串口接收。然后等待串口數(shù)據(jù)到來，接收到串口數(shù)據(jù)后存入寄存器中等待發(fā)射。接著輸出幀時鐘信號和位時鐘信號分別至語音的 FST 及 BCLK 中，每個位時鐘信號過程中發(fā)射一位數(shù)據(jù)至 DR 引腳中。最后回置循環(huán)頂部，準備接收下一幀數(shù)據(jù)。第 5 章 設計方式硬件電路用 ALTIUM DESIGNER 對電路進行設計，軟件使用 HT-IDE3000 進行單片機及調(diào)試。共耗費 450 元。

9、設計中 HT66FU50 的主要功能是在收數(shù)據(jù)?；ㄙM：端和接收端分別為編、提供所需的驅(qū)動時鐘，并通過串口和接工具 100 元元件 100 元150 元書籍 100 元第 6 章 測試方式6.1 測試方法通過 5V 直流電源分別為發(fā)射端和接收端供電，在發(fā)射裝置通過駐極體傳聲器在系統(tǒng)發(fā)射裝置輸入語音信號，在接收終端的揚聲器實時正確的語音信息。發(fā)射端和接收端的電路實物圖如圖 6 和 7 所示。圖 66.2 測試條件、環(huán)境1、發(fā)射端供電 5V。2、接收端供電 5V。圖 73、可在自然光背景下或普通熒光燈照射條件下工作。6.3 測試結果第 7 章 操作方式接通 5V 直流電源后直接對著麥克風說話即可。第

10、 8 章 附錄8.1 未來發(fā)展方向本設計使用的法為數(shù)字信號基帶傳輸，在噪聲較大的信道中會受到很大的干擾，容易產(chǎn)生碼間串擾，因此未來將使用各種調(diào)制和編碼技術加強通信的可靠性，提高傳輸速度。8.2 其他應用方向可見光通信具有不占用頻譜、高、無處不在、無電磁干擾、節(jié)約能源等優(yōu)點，具有極大的發(fā)展前景。但是，要真正實現(xiàn)室內(nèi)超高速光無線數(shù)據(jù)通信，還有很多需要面對，如光源及其布局、調(diào)制解調(diào)和編技術、無線信道傳輸和復用技術、碼間干擾的克服技術等相關技術需要進一步優(yōu)化。目前和無線終端發(fā)出的射頻信號會對飛機的導航和通訊系統(tǒng)造成干擾，容易影響飛行安全，所以飛機上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了 LED 可見光通

11、信，只需在飛機上加裝一個器，將接收到的信號-7-輸送到乘客座位上的 LED 閱讀燈上，此時的 LED 閱讀燈作為一個接入點，接收并發(fā)射信息，放置在其下方的筆記本電腦就能接入互聯(lián)網(wǎng)；再比如醫(yī)院，高頻電磁波類型的無線通信干擾可能會對某些儀器造成損害，特別是在手術中，那么這個時候也可以用可見光通信安全、高效地參考文獻:某些設備或傳輸 X 光圖像等。167923904，陳振強 白光 LED 照明光源用作室內(nèi)無線通信研究J 無線光通信，2006 (7):673，柯熙政 可見光通信及其研究J 半導體光電，2006(2):1518，等 LED 可見光的虛擬儀器通信系統(tǒng)J 電子測量與儀器學報，2011，25(10):9014