本實(shí)用新型涉及一種基于LabVIEW的遠(yuǎn)距離激光通訊系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于模擬音頻存在傳輸距離短，容易受到外界的電磁干擾等缺點(diǎn)，在音頻通訊技術(shù)中開(kāi)始使用數(shù)字音頻傳輸方式，激光傳輸以其抗干擾能力強(qiáng)、信號(hào)帶寬大等優(yōu)勢(shì)更是在音頻領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以具有傳輸容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸方向性強(qiáng)的基于LabVIEW的遠(yuǎn)距離激光通訊系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型包括遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)、發(fā)射端激光調(diào)制模塊、接收端激光解調(diào)模塊和外部音頻播放設(shè)備，所述遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)包括錄制語(yǔ)音信號(hào)模塊、播放語(yǔ)音文件模塊和實(shí)時(shí)語(yǔ)音信號(hào)模塊，播放語(yǔ)音文件模塊和實(shí)時(shí)語(yǔ)音信號(hào)模塊與發(fā)射端激光調(diào)制模塊連接，接收端激光解調(diào)模塊與外部音頻播放設(shè)備連接。

通過(guò)遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)進(jìn)行采集音頻信號(hào)，同時(shí)將音頻信號(hào)儲(chǔ)存到指定文件夾，播放出音頻信號(hào)。音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射端激光調(diào)制模塊調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)榧す庑盘?hào)，接收端激光解調(diào)模塊解調(diào)激光信號(hào)，把激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)外部音頻播放設(shè)備播放出來(lái)，以此達(dá)到語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)激光遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。因?yàn)榧す饩哂辛炼雀?、方向性?qiáng)等特征。采用激光進(jìn)行通訊是一種利用激光傳輸信息的通信方式，這種通訊方式具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，方向性強(qiáng)的特點(diǎn)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)射端激光調(diào)制模塊包括三角波發(fā)生器、電壓比較器LM311、鉗位電路和激光發(fā)射頭，電壓比較器LM311的第7腳分別與鉗位電路、激光發(fā)射頭連接，電壓比較器LM311的第2腳與音頻信號(hào)連接，電壓比較器LM311的第3腳與三角波發(fā)生器連接，所述接收端激光解調(diào)模塊包括光電二極管D1、積分電路和音頻功率放大器，光電二極管D1通過(guò)積分電路與音頻功率放大器連接。

綜上所述，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是具有傳輸容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸方向性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型的發(fā)射端激光調(diào)制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的接收端激光解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的信號(hào)波形轉(zhuǎn)換示意圖。

具體實(shí)施方式

由圖1至圖4所示，本實(shí)用新型包括遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)、發(fā)射端激光調(diào)制模塊1、接收端激光解調(diào)模塊2和外部音頻播放設(shè)備3，所述遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)包括錄制語(yǔ)音信號(hào)模塊4、播放語(yǔ)音文件模塊5和實(shí)時(shí)語(yǔ)音信號(hào)模塊6，播放語(yǔ)音文件模塊5和實(shí)時(shí)語(yǔ)音信號(hào)模塊6與發(fā)射端激光調(diào)制模塊1連接，接收端激光解調(diào)模塊2與外部音頻播放設(shè)備3連接。所述發(fā)射端激光調(diào)制模塊1包括三角波發(fā)生器、電壓比較器LM311、鉗位電路和激光發(fā)射頭，所述三角波發(fā)生器包括555定時(shí)器、電容C1、電阻R1、電阻R2和開(kāi)關(guān)二極管1N914，555定時(shí)器的第1腳接地，555定時(shí)器的第4腳和第8腳接電源，555定時(shí)器的第2腳分別與電壓比較器LM311的第3腳和電容C1的一端連接，電容C1的另一端接地，555定時(shí)器的第6腳與開(kāi)關(guān)二極管1N914的負(fù)極連接，電阻R1的一端分別與555定時(shí)器的第7腳、電阻R2的一端、開(kāi)關(guān)二極管1N914的正極連接，電阻R1的另一端接電源，電阻R2的另一端與電容C1連接，電壓比較器LM311的第7腳分別與鉗位電路、激光發(fā)射頭連接，所述鉗位電路包括電阻R3和穩(wěn)壓二極管D2，電壓比較器LM311的第7腳分別與電阻R3、穩(wěn)壓二極管D2的負(fù)極連接，穩(wěn)壓二極管D2的正極接地，電阻R3的一端接電源，電壓比較器LM311的第2腳與音頻信號(hào)連接，電壓比較器LM311的第1腳與第4腳接地，電壓比較器LM311的第8腳接電源，所述接收端激光解調(diào)模塊2包括光電二極管D1、積分電路和音頻功率放大器，所述積分電路采用RC串聯(lián)積分電路，RC串聯(lián)積分電路包括電阻R4和電容C2，所述音頻功率放大器包括放大器芯片LM386、可調(diào)電阻VR1、電容C3、電容C4、電阻R5和揚(yáng)聲器，光電二極管D1的正極分別與電阻R4、可調(diào)電阻VR1連接，光電二極管D1的負(fù)極接地，可調(diào)電阻VR1的動(dòng)片端分別與放大器芯片LM386的第3腳和電容C2連接，放大器芯片LM386的第2腳、第4腳和第7腳均接地，放大器芯片LM386的第6腳接電源，放大器芯片LM386通過(guò)其第5引腳與電容C3、電阻R5相串聯(lián)，電阻R5的一端接地，放大器芯片LM386通過(guò)其第5引腳與電容C4、揚(yáng)聲器相串聯(lián)，揚(yáng)聲器的一端接地，所述揚(yáng)聲器為外部音頻播放設(shè)備3。

通過(guò)遠(yuǎn)距離激光通訊上位機(jī)進(jìn)行采集音頻信號(hào)，同時(shí)將音頻信號(hào)儲(chǔ)存到指定文件夾，播放出音頻信號(hào)。音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射端激光調(diào)制模塊1調(diào)制轉(zhuǎn)變?yōu)榧す庑盘?hào)，接收端激光解調(diào)模塊2解調(diào)激光信號(hào)，把激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)外部音頻播放設(shè)備3播放出來(lái)，以此達(dá)到語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)激光遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康?。因?yàn)榧す饩哂辛炼雀?、方向性?qiáng)等特征。采用激光進(jìn)行通訊是一種利用激光傳輸信息的通信方式，這種通訊方式具有容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，方向性強(qiáng)的特點(diǎn)。音頻信號(hào)和三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波通過(guò)電壓比較器LM311進(jìn)行模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)PWM的調(diào)制，參照?qǐng)D4，得到的數(shù)字信號(hào)PWM經(jīng)過(guò)鉗位電路將高電平穩(wěn)定在5V，高電平可用于激光發(fā)射頭的驅(qū)動(dòng)。高電平時(shí)激光點(diǎn)亮，低電平時(shí)激光不亮。由此音頻信息可通過(guò)激光發(fā)射頭發(fā)射出去。人耳所能聽(tīng)到的聲音頻率在20Hz--20kHz之間，所以有效的音頻信號(hào)最高頻率20kHz。另一方面，應(yīng)用電壓比較器LM311調(diào)制信號(hào)時(shí)，輸入的三角波采樣頻率必須比音頻信號(hào)最高頻率高才能保證信號(hào)的完整性，為保證采樣質(zhì)量，采樣頻率一般高于原信號(hào)最高頻率的兩倍。接收端激光解調(diào)模塊2的光電二極管D1接收激光發(fā)射頭發(fā)射出的激光信號(hào)，因?yàn)楣怆姸O管D1只對(duì)紅光敏感，可在一定程度上減小環(huán)境中光線對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。光電二極管D1接收并輸出的信號(hào)依然是數(shù)字信號(hào)PWM，數(shù)字信號(hào)PWM通過(guò)積分電路可解碼為模擬信號(hào)。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)PWM占空比較高，所以轉(zhuǎn)化成的模擬信號(hào)電壓為3至4V。另一方面，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)PWM頻率較高，所以盡量不使用多級(jí)積分電路，可減小延遲，保證信號(hào)還原質(zhì)量。綜上所述，積分電路選用RC串聯(lián)積分電路，模擬信號(hào)從電容兩端獲得。積分電路時(shí)間常數(shù)：t=RC，實(shí)現(xiàn)積分效果時(shí)來(lái)源信號(hào)脈寬t1應(yīng)滿足t>>t1。當(dāng)電阻R1、R2選用15 kΩ，電阻R3選用240Ω，電阻R4選用100kΩ，電阻R5選用10Ω，電容C1選用0.001uf，電容C2選用0.01uf，電容C3選用0.05uf，電容C4選用250uf，可調(diào)電阻VR1選用10 kΩ時(shí)可以滿足條件，同時(shí)電容C2能充當(dāng)濾波電容，濾掉積分時(shí)產(chǎn)生的小波紋，使得積分得到的模擬信號(hào)平滑，消去部分噪聲。得到音頻信號(hào)后可由音頻功率放大器放大，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)激光對(duì)聲音的傳輸功能。放大器芯片LM386增益倍數(shù)范圍為20至200倍，實(shí)驗(yàn)使用3W揚(yáng)聲器，頻放大效果良好。