LED可见光音频信号传输系统设计

张毅鹏 周凡 王志刚 王苗

摘  要：LED具有调制特性良好的优点，可以使LED光源在照明的同时传输音频信号，本设计发射端利用三极管将音频信号放大后驱动LED发光，LED的发光强度受音频的调制，接收端利用光敏二极管接收调制信号，功率放大器进行功率放大，最后将音频信号输出，实现无失真音频传输。

关键词：LED;调制;放大;音频传输

引言

LED具有高亮度、低功耗、灵敏度高、调制特点好等优点，利用这些特性可以实现在照明的同时，把信号调制到LED光中进行传输。实现利用可见光为信息载体，不使用光纤等有线传输介质，在空气中直接传送光信号的通信方式，即可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）

利用LED高速调试的特性将音频信号调制到LED可见光上进行信息传输，这传输方式减少了电磁辐射对环境的影响，适合对电磁信号敏感的区域使用。在当前节能和环保两大主题的前提下，随着世界各国对白光照明光源的大力推广，以及其光谱特性、一特性、调制特性等性能的提高，基于白光可见光通信正在逐渐发展起来。

1 系统设计

系统整体由发射端和接收端两部分组成，发射端由MP3或音频信号发生器输入音频信号，通过三极管放大电路将音频信号放大，并驱动LED发光。接收端将光信号转化为电信经放大电路放大，再由功率放大器进行功率放大，从扬声器输出。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 电路设计

（1）电源设计。电源输入电压为220V工频交流电，三端稳压器采用电子设备中常用的线性稳压集成电路LM7812和LM7912。电路如图2所示，电路图中LM7812和LM7912接有一大一小两个滤波电容，大电容低频滤波，小电容高频滤波。跨接于LM7812和LM7912输入输出端的二极管D4、D5可以保护三端稳压器不被反向浪涌电流的冲击而烧毁。

（2）发射端设计。发射端电路如图3所示，当音频信号由A、B端输入，经耦合电容C1的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由三极管的放大作用，驱动两个LED。因LED的发光强度与电流的大小成正比，所以LED的发光强度与音频信号的幅度大小同步调制，实现音频信号的发射。

（3）接收端设计。接收端电路如图4所示，由光敏二极管和UA741组成的光电转换电路和音频频放大电路成。

光敏二极管与半导体二极管结构类似，管芯是一个具有光敏特征的PN结，工作时需加反向电压。无光源时，光敏二极管截止，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流。有光照时，饱和反向漏电流随光照强度的增大而增大，形成光电流。PN结受到光线照射时，在PN结中产生使少数载流子密度增加的电子-空穴对。在反向电压的作用下载流子发生漂移，使反向电流变大。因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流，从而实现光电信号的换。由光敏二极管接收到的信号，经两个UA741组成的放大电路放大后再入音频放大电路。音频放大电路采用LM386外接原件最少的用法，由于引脚的1和8开路，集成运放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20，利用变阻器R10可以调节音量大小。

3 结束语

经测试利用LED构建的音频信号传输系统实现了音频信号在可见光上的可靠传输。LED光源无肉眼可见的闪烁，其通信距离在0.5m范围内，传输角度30°左右，音频信号清晰无失真，并且不受自然光和室内荧光灯的影响。

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