“可见光通信设计报告”

全国大学生电子设计大赛

自由空间光通信

作品类别：xxxxxxxxxxxxx

队长：队员：

指导教师：

自由空间光通信

摘要：本系统完成了自由空间光通信的设计。采用激光作为载波将手机加收到的信号发给接收端，通过TL494芯片所产生的方波对信号进行调制解调，利用硅光电池接收信号，再由功率放大器将信号输出。经过测试，我们的系统满足设计要求。

关键词：激光； TL494芯片；功率放大器

1 方案论证与比较

任务要求中明确提出，设计的系统的通讯距离要达到20m。针对题目要求，硬件主要处理的问题是信号的预处理、信号的发射、信号的调制、信号的解调与驱动和信号的接收。以下将对各方案进行分析论证。

1.1 发射部分载波方案论证与选择

方案一：非激光通信，如：红外线通信、紫外线通信。

方案二：激光通信。

方案选择论证：

方案一非激光红外线、紫外线通信的原理是一样的，就拿红外线通信来说，它可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响。

方案二激光通信，由于激光具有相干性好、准直性好，采用激光作为通信系统中信号的载波，可使信号稳定传输，不易受外界环境的干扰。本系统采用方案二。

1.2 信号调制解调部分方案论证与选择

方案一：PWM脉宽调制，用硬件设计可调PWM脉宽调制，利用可调的脉宽信号控制载波。PWM脉宽调制的设计图如图1。

方案二：采用TL494芯片产生占空比可调的方波，用这个方波也可以控制载波。TL494的内部电路图如图2所示。

图 1 图 2

方案选择论证：

方案一采用纯硬件的手法设计PWM电路，转换速度快，但会给设计增加工作量以及相关的成本，而且在硬件设计的过程中可能会与实际要求的参数有一点的偏差，从而影响最后的设计。

方案二LT494芯片产生占空比可调的方波，这种方案使得电路设计更加简单，不宜出错。本系统采用方案二。

1.3 接收部分方案论证与选择

本系统的接收部分是采用硅光电池接收载波信号（激光信号），硅光电池将光信号转化为电信号，再将电信号传给功率放大部分，通过功率放大部分将电信号转化为声音信从而实现距离达20m的通信。接收部分的电路图如图3。

图3

2 硬件设计 2.1 总体设计

图 4 系统框图

2.2 原理分析说明及特色

本系统将手机接收到的音频信号送给TL494芯片调制，然后将调制过后的信号传给发射装置，用激光作为载波将信号传给接收装置的硅光电池，由硅光电池将光信号转为电信号，经过音频放大电路也就是功率放大器，将音频信号放大，然后输出。这样设计的好处是使得电路更加简便，调试更加简单，测试发现，设计结果满足要求。

3 理论分析与计算 3.1 发射部分

本系统的发射部分用激光作为载波，普通光源发射的光辐射无方向性，光束发射度大，而激光发散角小，一般为毫弧度数量级，方向性好，方向性即光束的指向性，常以平面角Ɵ的大小来评价。Ɵ角越小，光束发散越小，方向性越好。不同光源中方向性最好的探照灯，其光束发散角也有0.1()

296.571=rad rad 激光的发散角是探照灯的101以上，为微波的1001。如果借助光学系统，发散

角可以减小到微弧度数量级，接近真正的平行光。用这样的光源作为通信系统中的载波，可以减少信号传输过程中能量的损耗。[]1激光的相干性好，不易受外界坏境的影响。激光还具有很好的瞬时性，瞬时性是指光脉冲宽度的可压缩性，激光的单色性和方向性是光能在频率和空间上的高度集中性的表现。 3.2 调制与解调部分部分 3.2.1调制部分

本系统采用TL494芯片产生一路方波，对系统进行调制，电路图如图4

图4

载波调制就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。

3.2.2解调部分

解调是调制的逆过程，本设计的解调部分用了一个硅电池，接收了激光信号，再将光信号转化为电信号传给音频放大部分。

3.3 接收部分

本系统利用硅光电池接收载波信号，再用功率放大部分将信号放大，功率放大部分如图5

图 5

4 功能测试与结果分析

经过测试。通信距离为20m。测试图见附录1

4.2 测试分析及总结

经过测试，系统的通信距离为20m，达到要求。

5 附录

5.1 系统原理图

图6 发射部分电路图

图7 接收部分电路图

6.2 测试图

图8 附录3

参考文献：

[1]刘顺红.激光制造技术[M].华中科技大学图书馆，2011.

[2] 樊昌信曹丽娜.通信原理[M].国防工业出版社(2014).