2技术报告书汇编可见光语音通信

1、附件二“合泰杯”第十届市大学生单片机应用设计竞赛技术报告书伍 编号：15TJ-0529名 称：可见光语音通信 型号：A.HT32F1765 B.HT66F70A C.HT66FU50参 赛 队使用所属类别：A、B参赛学生：指导： 通 讯 地址：市西青区宾水西道 399 号工业大学： 522293342.com“合泰杯”第十届市大学生单片机应用设计竞赛学校学院（系）工业大学电子与信息学院学校专业年级工业大学电科大二工业大学电科大二书工业大学电科大二目 录一、摘要（页号）二、三、工作原理 功能、特色 结构 （一）硬件部分 （二）软件部分 四、五、六、设计方式 七、测试方式 八、操作方式 九、附录

2、（一）未来开发方向 （二）参考资料 （三）其它“合泰杯”第十届市大学生单片机应用设计竞赛名称参赛编号：15TJ-0529工业大学 电子与信息学院（系）：指导参赛队员：书Address：522293342.com日期：2015 年 4 月 28 日摘要LED 可见光无线通信是一种新兴光通信技术，它利用 LED 发出的高速明暗闪烁灯光实现信息的调制和传输，利用光电二极管实现光电转换，获取信息。LED 可见光无线通信避免了电磁干扰，而且无需申请频段，非常适合应在展示导游、智能型道路交通系统、医院、室内信息传输等领域。随着各国对此技术不断深入研究，LED 可见光无线通信正呈现越来越大的应用价值。、德国

3、等发达已在这方面走在前面，德国研究在 2010 年研制出 500 Mbit/s 的可见光通信系统，更是极力发展应用该技术，在东京举行的 2012 尖端技术展上，可见光通信正向智能机渗透，以卡西欧为代表的若干家企业均拿出了将可见光作为信息载体的传输技术。： 可见光通信 智能家居 语音编第 1 章可见光通信技（VisibleLightCommunication，简称 VLC）是随着白光 LED 照明技术的发展而兴起的无线光通信技术。LED 具有功耗低、长、备高速调制的特性。设计基于 LED 的小、绿色环保等优点，与传统照明光源相比，LED 又具有响应时间短、具见光无线通信系统和，可实现照明和通信的

4、双重作用。本在 LED 可见光通信的基础上设计可以实现双声道可见光语音通信，以此实现声放音。带上耳机便可以在家中随处体验声的效果。LED 作为新一代光源，具有功耗低、使用长、小、绿色环保等优点，已经广泛应用于室内照明、道路照明等领域。同时，LED 的响应灵敏度非常高，具有良好的调制特性，因此，可以利用 LED 进行高速数据通信。与传统的通信技术相比，可见光通信的速度可达每秒数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。第 2 章 工作原理LED 可见光语音传输系统主要由可见光发射装置和接收装置两大部分组成，在发射端，利用语音对语音信号进行模数转换，通过单片机串口输出的数字信号LED 亮灭，进而转换为

5、光信号；在接收端，将接收到的光信号进行光电转换处理后，由单片机异步接收转换后的数字信号，并驱动语音将数字信号还原为语音信号，最后通过扬声器。本拟实现的结构框图如下：麦克风HOLTEKMCULED语音信号处理语音信号调制开关扬声器音频功放语音信号解调HOLTEK MCU图 1 总体框图电信号处理光敏器件第 3 章本功能、特色在 LED 可见光通信的基础上，而且比较市场上的主品而言更具有实用性，设计基于白光 LED 的室内可见光无线通信系统和，可实现照明和通信的双重作用，价格上也更加。第 4 章结构4.1 硬件部分设计4.1.1 语音信号发射电路本采用 MC14LC5480 语音编码，输出 PCM

6、 语音信号，通过I2S 总线传输给HT66F70A，单片机将接收到的信号通过串口传给开关电路驱动 LED 闪烁。如图 1图 1 语音信号发射电路4.1.2 语音信号接收电路光敏二极管将光信号转换为电信号，经多级放大后输入单片机，由 HT66FU50 单片机出。包括低噪声前置放大器电路在内的接收端设计电路如图 2 所示。进行输-4-图 2 语音信号接收电路4.2 软件部分软件部分主要实现单片机的串口和语音之间的数据传输，按照语音的时序完成 8 位数据的发射和接收，发射部分和接收部分将分别赘述。本设计选用 MC14LC5480 的长帧传输模式，其时序图如图 3 所示。发射和接收一帧数据时钟 FST

7、/FSR 的上升沿作为开始。每一位 PCM 信号以当前位时钟 BCLK 的上升沿开始，以下一位时钟上升沿到来时结束。长帧模式的帧时钟高电平必须持续两个或两个以上的位时钟周期。图 3 MC14LC5480 长帧模式时序图-5-4.2.1发射部分开始位时钟初始化单片机从DT 接收8 位数据N帧时钟上升沿是否到来N串口输出完成YY图 4 发射端程序流程图发射端软件实现流程图如图 4 所示。首先初始化单片机，开启串口发射。然后等待帧时钟的上升沿到来。得到后由单片机发射位时钟信号。每个位时钟信号过程中接收一位数据，每帧共 8 位。再将接收到的信号送入单片机串口寄存器中发射出去，波特率为 250Kbit/

8、s。最后回置循环顶部，准备接收下一帧数据。4.2.2 发射部分位时钟及帧时钟开始8 位初始化单片机数据NN复位帧时钟接收串口数据？YY-6-图 5 接收端程序流程图接收端软件实现流程图如图 5 所示。首先初始化单片机，开启串口接收。然后等待串口数据到来，接收到串口数据后存入寄存器中等待发射。接着输出帧时钟信号和位时钟信号分别至语音的 FST 及 BCLK 中，每个位时钟信号过程中发射一位数据至 DR 引脚中。最后回置循环顶部，准备接收下一帧数据。第 5 章 设计方式硬件电路用 ALTIUM DESIGNER 对电路进行设计，软件使用 HT-IDE3000 进行单片机及调试。共耗费 450 元。

9、设计中 HT66FU50 的主要功能是在收数据。花费：端和接收端分别为编、提供所需的驱动时钟，并通过串口和接工具 100 元元件 100 元150 元书籍 100 元第 6 章 测试方式6.1 测试方法通过 5V 直流电源分别为发射端和接收端供电，在发射装置通过驻极体传声器在系统发射装置输入语音信号，在接收终端的扬声器实时正确的语音信息。发射端和接收端的电路实物图如图 6 和 7 所示。图 66.2 测试条件、环境1、发射端供电 5V。2、接收端供电 5V。图 73、可在自然光背景下或普通荧光灯照射条件下工作。6.3 测试结果第 7 章 操作方式接通 5V 直流电源后直接对着麦克风说话即可。第

10、 8 章 附录8.1 未来发展方向本设计使用的法为数字信号基带传输，在噪声较大的信道中会受到很大的干扰，容易产生码间串扰，因此未来将使用各种调制和编码技术加强通信的可靠性，提高传输速度。8.2 其他应用方向可见光通信具有不占用频谱、高、无处不在、无电磁干扰、节约能源等优点，具有极大的发展前景。但是，要真正实现室内超高速光无线数据通信，还有很多需要面对，如光源及其布局、调制解调和编技术、无线信道传输和复用技术、码间干扰的克服技术等相关技术需要进一步优化。目前和无线终端发出的射频信号会对飞机的导航和通讯系统造成干扰，容易影响飞行安全，所以飞机上乘客的通信愿望是要被限制的，但是有了 LED 可见光通

11、信，只需在飞机上加装一个器，将接收到的信号-7-输送到乘客座位上的 LED 阅读灯上，此时的 LED 阅读灯作为一个接入点，接收并发射信息，放置在其下方的笔记本电脑就能接入互联网；再比如医院，高频电磁波类型的无线通信干扰可能会对某些仪器造成损害，特别是在手术中，那么这个时候也可以用可见光通信安全、高效地参考文献:某些设备或传输 X 光图像等。167923904，陈振强 白光 LED 照明光源用作室内无线通信研究J 无线光通信，2006 (7):673，柯熙政 可见光通信及其研究J 半导体光电，2006(2):1518，等 LED 可见光的虚拟仪器通信系统J 电子测量与仪器学报，2011，25(10):9014