光通信耳机设计

张云艳 万林柯 陈超祥 欧阳凯 余超凡 刘源

摘 要：针对现有的红外线耳机、蓝牙耳机的稳定性差/性能低、易受干扰等弊端，设计了一款基于可见光通信技术的光通信耳机。该装置以可见光为载波传递音频信号的光电传输系统，由发射部分和接收部分组成。主要通过单片机实现信号的调制和解调。实验结果表明，该可见光耳机系统稳定，控制灵活，信号强度大，音量可调节。

关键词：光通信;耳机;设计

近年来，可见光通信受到了越来越多的通信研究学者的关注，可见光通信（VLC，VisibleLightCom-munication）是迅速发展的应用于短程的通信技术。[1-2]借助于高功率发光二极管LED的最新进展。利用现有的照明基础设施可使光的无线通信系统迅速发展。[3-6]本文采用光通信的技术，设计了一款基于光通信技术的可见光无线耳机，这款耳机可以实现音频信号的远距离传输，采用可以不受时间和地点的限制，只要有灯光，随时随地都可以使用。目前市场上还没有可见光耳机相关产品，运用可见光通信技术来实现耳机的创新设计，这款耳机可以实现音频信号的在某些特定场所的应用，比如飞机上、博物馆、英语四六级听力考试等，该耳机音频通信效果较好，抗干扰能力强，结构简单，容易调试。

1 可见光耳机硬件系统设计

可见光耳机设计结构图如下图所示：

本系统主要由音频检测模块、单片机与语音转换芯片进行编码、单片机与语音解码芯片进行解码、音频信号放大模块及耳机组成。

其中，发射端首先是把语音信号放大，利用MOS管驱动LED灯，转成光信号，接收端是利用光敏二极管接收光信号转电信号，小信号再利用音频发放大器，放大，再驱动喇叭就可以。[7-8]

1.1 音频检测模块和编码调制模块的设计

该模块在信号的输入端口利用一只10μF的电容进行串联，然后再把音频信号传输到编码调制模块，该模块是由单片机与语音转换芯片构成。编码调制模块可以产生50KHz的正弦信号，其幅度值Vpp为500 mV。[9]

1.2 可见光发射模块

发射端利用MOS管接收音频信号，然后将其转换为可见光信号，其原理是驱动LED灯，将LED灯光信号进行放大然后发射出去。[10]该电路是通过能够使电流进行放大的共发射极基本放大器来进行信号放大的，该放大器带负载能力强，具有隔离缓冲的作用，因此不易失真。

1.3 可见光接收模块

该模块主要利用光敏二极管的特性接收可见光信号，发射端发过来的信号通过具有放大特性的LM386来进行接收。然后将光信号传送至解码解调模块。

1.4 信号的解调解码模块

该模块主要是对接收到的语音信号进行转换，通过单片机和D/A 转换器语音解码芯片来实现的。然后进行滤波，滤波是通过软件程序来实现的，滤波之后可以得到解调解码信号，其帶宽为250kHz。

2 总结

本文设计的可见光通信技术的光通信耳机是一种利用可见光白光LED作为通信的传输介质，在距离范围内，能够实现数据的传输。经过测验和调试，这款耳机的通信效果较好，并且由于可见光抗电磁干扰性能比较强，所以此耳机的可靠性相对于市面上已有的耳机而言，可靠性更高一些，抗干扰能力更强一些，传播速率更快一些。

参考文献：

[1]刘宏展，吕晓旭，王发强，等.白光LED照明的可见光通信的现状及发展[J].光通信技术，2009，33（7）：53-56.

[2]骆宏图，陈长缨，傅倩，等.白光LED室内可见光通信的关键技术[J].光通信技术，2011，35（2）：56-59.

[3]孙兆伟，吴国强，孔宪仁，等.国内外空间光通信技术发展及趋势研究[J].光通信技术，2005，29（9）：61-64.

[4]吴承治.可见光通信技术及应用初探[J].现代传输，2012（3）：8-19.

[5]杨立伟，侯聪.基于白光LED的可见光通信技术研究[J].电信网技术，2013（12）：33-37.

[6]张民，罗鹏飞，冯淑兰，等.基于相机的可见光通信技术[J].科技导报，2016，34（16）：82-89.

[7]基于激光二极管的可见光通信技术研究和硬件设计[D].南京航空航天大学，2014.

[8]邹鑫.基于Android手机摄像头的可见光通信技术研究[D].大连海事大学，2015.

[9]黄春梅，张焕珍.红外无线耳机的设计[J].技术与市场，2012，19（4）：13-14.

[10]张琳，刘亿文，曹义，等.由功放块LM386构成的红外耳机电路的设计[J].电子世界，2014（12）：149.