2020年第 9 期
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可见光通信(VLC)是一种采用可见光波段频谱传输信
息的技术。VLC技术依托广泛覆盖的照明灯具、显示屏幕、
照相设备等发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光
源所发出的肉眼不易察觉的高速明暗变化来传递信息,它
兼顾LED照明和数据通信功能,不仅能作为室内宽带通信
接入方式,解决无线局域网“频谱紧张”、“深度覆盖”等问
题,还可以实现智能交通管理、室内定位应用等,将在未来
通信领域占有重要的地位。
国内外研究方面,日本学者首先提出了VLC的概念
[1]
。
2000年,日本研究学者首先提出并仿真了利用LED照明灯
作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。2008
年,欧盟开展OMEGA项目,发展1Gbit/s以上的超高速家
庭接人网研究,VLC无线通信技术是研究焦点之一。2012
年,英国、美国的科学家开展“超并行可见光通信”(UP-
VLC)项目,探索自由空间和空间复用导波VLC的实施方
案
[2]
。国内对VLC技术的研究起步较晚,西安理工大学、暨
南大学、长春理工大学等高校在该领域进行了大量的研
究,也取得了很多研究成果
[3]
。
1 系统设计
1.1 可见光通信原理
LED可见光通信系统包括完整的发射端、传输信道和
接收部分。原始的二进制比特流经过预处理和编码调制之
后,驱动LED,对LED进行强度调制,将电信号转换为光信
号。预处理,即预均衡,是为了补偿器件、信道对信号带来
的失真,通过采用预均衡技术可以提高LED的响应带宽,
提高传输速率。而在接收端进行的后均衡,可以补偿其他
信道损耗,如相位噪声等。编码调制是为了在有限的带宽
上实现更高的传输速率。由于受到可见光通信带宽的限
制,为了提高白光LED通信系统的传输速率,在发射端可
以通过设计和采用高阶的调制编码技术,来提高传输的频
谱效率,从而实现高速传输。目前多采用高阶调制格式为
QAM-OFDM。
1.2 设计方案
根据可见光通信原理,本文设计了一款基于单片机的
可见光音频通信装置,主要用于短距离音频通信,装置以
STM32F103单片机作为主控器件,主要包含音频存储器、
发射模块、接收模块三个部分。在发射端,由STM32F103单
片机、W5500通信单元、VS1053b音频解码芯片和LED可见
光调制电路组成。W5500通信单元连接存储器和发射端控
制模块,将存储器的音频数据经转换后送入单片机控制单
元,单片机将音频数据写入解码芯片VS1053b变为音频模
拟信号,然后送到LED调制电路进行强度调制,调制电路
选择光源LWW5SM,通过强度调制方式将电信号转换为
光信号。在接收端,由可见光接收电路、驱动电路和扬声器
组成,采用光电二极管BPX65作为接收器件。系统设计框
图如图1所示。
本设计选取STM32F103单片机为核心控制器件,该器
件功耗低、性能高,同时集成了复位模块和时钟晶振。在扬
收稿日期:2020-07-22
*基金项目:陕西省国际科技合作与交流计划项目(2018KW-068);陕西省教育厅科研计划项目(17JK0265);渭南市科技
局科研计划项目(2017JCYJ-2-1);渭南师范学院教育教学改革研究项目(JG201726)
作者简介:刘永勤(1981 —),男,甘肃静宁人,硕士研究生,副教授,研究方向:无线光通信技术。
基于 STM32 的 LED 可见光音频通信装置设计 *
刘永勤 韩丽君
(渭南师范学院物理与电气工程学院,陕西渭南 714099)
摘要:针对LED可见光通信技术的应用,本文设计了一款基于STM32的可见光音频通信装置,采用白光LED实现可见光通信。
该设计以STM32F103单片机为主控芯片,设计包括系统硬件设计和程序设计两部分,音频解码模块选用VS1053b。设计实现了音
频信号的定向传输,传输过程中无明显失真,传输距离可达4m。
关键词:白光LED;可见光通信;STM32F103单片机;VS1053b音频解码芯片
中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2020)09-0029-02
DOI:10.19695/j.cnki.cn12-1369.2020.09.12
通信技术
第38卷 第9期
2020年 9月
数字技术 与应用
Digital Technology &Application
Vol.38 No.9
September 2020