CN210053408U

CN210053408U - 一种基于可见光的语音通信装置

Info

Publication number: CN210053408U
Application number: CN201921149606.6U
Authority: CN
Inventors: 朱仕权; 李梓毅; 蔡国发; 冯生; 陈剑宇
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2029-07-19

Abstract

本实用新型公开了一种基于可见光的语音通信装置，包括信号发射器和信号接收器，其中信号发射器包括依次连接的音频信号接收电路、信号调制电路、驱动电路和可见光光源，用于将接收到的第一音频信号先转换为第一电信号后再转换为可见光信号发出，信号接收器包括依次连接的光电转换电路、信号解调电路和音频功放电路，用于将接收到的可见光信号转换为第二电信号后，再将第二电信号转换为第二音频信号，从而实现传输音频信号的语音通信功能，而采用可见光代替红外线作为音频信号传输的载体，可以复用照明灯的可见光信道，不仅不影响照明，且无需额外安装红外发生装置，从而降低了基于光无线通信的语音通信装置的成本。

Description

一种基于可见光的语音通信装置

技术领域

本实用新型涉及语音通信技术领域，特别是涉及一种基于可见光的语音通信装置。

背景技术

光无线通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此如今对无线光通信的研究受到了广泛的重视。由于无线光通信系统链路通过大气信道，受天气影响较大，例如：大气衰减、光强闪烁、背景辐射等，因此目前光无线通信在室内应用较多，如室内广播技术领域。

具体来说，目前的室内广播领域采用基于CD4046的红外耳机，分为信号发送端和信号接收端，发送端将音频信号进行数字调制、滤波之后，经光电转换模块转换为红外线发送，在接收端经过光电转换模块、数字解调后进行滤波还原。

然而，这种将音频信号转化为红外线进行通信传输的装置还需要额外安装红外发生装置，应用成本较高。

如何降低基于光无线通信的语音通信装置的成本，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于可见光的语音通信装置，通过复用照明灯用的可见光，相较于基于红外线的语音通信装置，无需额外安装红外发生装置，降低了基于光无线通信的语音通信装置的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于可见光的语音通信装置，包括：

信号发射器，包括音频信号接收电路，输入端与所述音频信号接收电路的输出端连接的用于将所述音频信号接收电路接收的第一音频信号转换为第一电信号的信号调制电路，输入端与所述信号调制电路的输出端连接的用于根据所述第一电信号驱动可见光光源发出可见光信号的驱动电路，以及与所述驱动电路的输出端连接的所述可见光光源；

信号接收器，包括用于接收所述可见光信号并将所述可见光信号转换为第二电信号的光电转换电路，输入端与所述光电转换电路的输出端连接的用于将所述第二电信号转换为第二音频信号的信号解调电路，输入端与所述信号解调电路的输出端连接的用于输出所述第二音频信号的音频功放电路。

可选的，所述驱动电路具体为PWM驱动电路；

相应的，所述可见光光源具体为LED灯。

可选的，所述信号发射器还包括设于所述音频信号接收电路和所述信号调制电路之间的第一放大电路。

可选的，所述第一放大电路具体为两级同相放大电路。

可选的，所述信号接收器还包括设于所述光电转换电路和所述信号解调电路之间的第二放大电路。

可选的，所述第二放大电路具体为反比例放大电路。

可选的，所述光电转换电路具体包括光电二极管以及输入端与所述光电二极管的输出端连接的电流电压转换电路。

可选的，所述信号发射器还包括设于所述音频信号接收电路和所述信号调制电路之间的第一滤波电路。

可选的，所述信号接收器还包括设于所述信号解调电路和所述音频功放电路之间的第二滤波电路。

可选的，所述信号调制电路和所述信号解调电路均具体包括CD4046。

本实用新型所提供的基于可见光的语音通信装置，包括信号发射器和信号接收器，其中信号发射器包括依次连接的音频信号接收电路、信号调制电路、驱动电路和可见光光源，用于将接收到的第一音频信号先转换为第一电信号后再转换为可见光信号发出，信号接收器包括依次连接的光电转换电路、信号解调电路和音频功放电路，用于将接收到的可见光信号转换为第二电信号后，再将第二电信号转换为第二音频信号，从而实现传输音频信号的语音通信功能，而采用可见光代替红外线作为音频信号传输的载体，可以复用照明灯的可见光信道，不仅不影响照明，且无需额外安装红外发生装置，从而降低了基于光无线通信的语音通信装置的成本。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于可见光的语音通信装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种信号调制电路的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的一种PWM驱动电路的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的一种信号解调电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的一种音频功放电路的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的一种第一放大电路的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的一种光电转换电路的电路图；

图8为本实用新型实施例提供的一种第二放大电路的电路图；

图9为本实用新型实施例提供的一种第二滤波电路的电路图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种基于可见光的语音通信装置，通过复用照明灯用的可见光，相较于基于红外线的语音通信装置，无需额外安装红外发生装置，降低了基于光无线通信的语音通信装置的成本。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于可见光的语音通信装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种信号调制电路的电路图；图3 为本实用新型实施例提供的一种PWM驱动电路的电路图；图4为本实用新型实施例提供的一种信号解调电路的电路图；图5为本实用新型实施例提供的一种音频功放电路的电路图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的基于可见光的语音通信装置包括：

信号发射器100，包括音频信号接收电路101，输入端与音频信号接收电路101的输出端连接的用于将音频信号接收电路101接收的第一音频信号转换为第一电信号的信号调制电路102，输入端与信号调制电路102的输出端连接的用于根据第一电信号驱动可见光光源104发出可见光信号的驱动电路 103，以及与驱动电路103的输出端连接的可见光光源104；

信号接收器200，包括用于接收可见光信号并将可见光信号转换为第二电信号的光电转换电路201，输入端与光电转换电路201的输出端连接的用于将第二电信号转换为第二音频信号的信号解调电路202，输入端与信号解调电路 202的输出端连接的用于输出第二音频信号的音频功放电路203。

在具体实施中，在信号发射器100一端，音频接收电路接收用户通过麦克风输入的第一音频信号，信号调制电路102将第一音频信号转换为第一电信号，驱动电路103根据第一电信号驱动可见光光源104发出可见光信号用于传输第一音频信号的信息，可见光信号与照明信道复用，同时实现音频传输与照明功能。其中，以第一电信号的形式实现将第一音频信号通过可见光进行传输，需要信号调制电路102、驱动电路103和可见光光源104的匹配。如信号调制电路102可以将连续的第一音频信号转换为离散的第一电信号，即得到PWM信号，驱动电路103采用PWM驱动电路103，相应的，可见光光源104选用LED灯，PWM驱动电路103以低压的PWM信号控制开光管，驱动高压工作的LED灯。

信号调制电路102可以基于CD4046搭建而成。如图2所示，第一音频信号通过CD4046的Vco In管脚输入，由电容C3和变阻器R2共同决定CD4046 的振荡频率，输入的第一音频信号的不同电压值对应生成不同频率的方波信号，由CD4046的Vco Out管脚输出。其中，频率关系如下式所示：

PWM驱动电路103的连接方式如图3所示，信号调制电路102输出的PWM信号经电阻CR16输入三极管搭建的驱动电路103控制开光管N1的通断，进而实现由LED灯发送PWM信号。

在信号接收器200一端，光电转换电路201将可见光信号转换为第二电信号，信号解调电路202将第二电信号转换为第二音频信号，再通过音频功放电路203输出第二音频信号，实现音频的传达。如驱动电路103采用PWM 驱动电路103，则光电转换电路201得到对第一音频信号调制后的PWM信号，信号解调电路202将PWM信号解调后还原为音频信号，即第二音频信号，最后通过音频功放电路203对第二音频信号进行放大，放大后的第二音频信号可以进行外扩和扬声。

光电转换电路201基于光电转换器搭建而成，光电转换器可以选用光敏电阻、光电二极管等，用于将可见光信号转换为电信号。

信号解调电路202也可以基于CD4046搭建而成。如图4所示，第二电信号通过CD4046的Signal In管脚输入，对应解调后得到电信号形式的第二音频信号通过CD4046的DOut管脚输出。需要说明的是，电容C1与电阻R1 的值要与信号调制电路102中的值相对应，上限电阻阻值也要与信号调制电路102的上限电阻阻值相匹配。

音频功放电路203可以基于TDA2030搭建而成。如图5所示，第二音频信号通过变阻器电路(包括变阻器RP2、RP3等)输入，经过功率放大器电路后连接voice单元输出，或连接耳机/音箱接口进行外扩输出。

本实用新型实施例提供的基于可见光的语音通信装置，包括信号发射器和信号接收器，其中信号发射器包括依次连接的音频信号接收电路、信号调制电路、驱动电路和可见光光源，用于将接收到的第一音频信号先转换为第一电信号后再转换为可见光信号发出，信号接收器包括依次连接的光电转换电路、信号解调电路和音频功放电路，用于将接收到的可见光信号转换为第二电信号后，再将第二电信号转换为第二音频信号，从而实现传输音频信号的语音通信功能，而采用可见光代替红外线作为音频信号传输的载体，可以复用照明灯的可见光信道，不仅不影响照明，且无需额外安装红外发生装置，从而降低了基于光无线通信的语音通信装置的成本。

图6为本实用新型实施例提供的一种第一放大电路的电路图。

由于接收到的音频信号通常幅值较小，为保证音频信号能够不失真的传输，需要对音频信号进行预处理，即将音频信号放大到合适的幅值。因此在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例提供的基于可见光的语音通信装置中，信号发射器100还包括设于音频信号接收电路101和信号调制电路102 之间的第一放大电路。

在具体实施中，第一放大电路可以采用两级同相放大电路。如图6所示，由集成运放LM358P构成两级同相放大电路，第一音频信号通过voice端传入，通过电阻CR3、CR5、CR7部分电路给前一级输入信号加直流偏置，通过电阻CR8、CR9、RP1部分电路给后一级输入信号加直流偏置；前一级放大电路的放大系数为

后一级放大电路的放大系数为

整体电路的放大系数为

进一步的，为保证音频信号传输质量，消除噪声，信号发射器100还包括设于音频信号接收电路101和信号调制电路102之间的第一滤波电路。

图7为本实用新型实施例提供的一种光电转换电路201的电路图；图8 为本实用新型实施例提供的一种第二放大电路的电路图。

为进一步保证音频信号传输质量，再将可见光信号转换为电流信号后，再将电流信号转换为电压信号并放大。因此，在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例提供的基于可见光的语音通信装置中，光电转换电路201具体包括光电二极管以及输入端与光电二极管的输出端连接的电流电压转换电路。可选的，如果采用光敏电阻进行光信号与电信号的转换，则直接输出由光信号转换得到的电压信号，无需设置电流电压转换电路。

如图7所示，光电二极管P4将接收到的可见光信号转换为电流信号，将电流信号经过运放AD825搭建的电流电压转换电路，将可见光信号转换得到的电流信号进一步转换为电压信号并放大，送给后级电路。在电流电压转换电路中，电流I与电压U的转换关系为

U＝I×CR1×(CR2+CR3)-I×R2×R3-5×R2。

图7所示的光电转换电路201输出的电压信号与其输入的可见光信号转换得到的电流信号相比，幅值增大，但相位相反。因此需要将输出信号经过反比例放大电路进行二级放大，得到与输入电流信号同相位的电压信号。因此，信号接收器200还包括设于光电转换电路201和信号解调电路202之间的第二放大电路，第二放大电路具体采用反比例放大电路。

如图8所示，第二放大电路可以为由LS353搭建的反比例放大电路，其放大倍数为

图9为本实用新型实施例提供的一种第二滤波电路的电路图。

为进一步提高音频信号传输的质量，将可见光信号在传输过程中的干扰信号滤除，在上述实施例的基础上，在本实用新型实施例提供的基于可见光的语音通信装置中，信号接收器200还包括设于信号解调电路202和音频功放电路203之间的第二滤波电路。

在具体实施中，通过第二滤波电路对第二音频信号进行滤波后再通过音频功放电路203进行输出。第二滤波电路可以采用带通滤波电路。如图9所示，第二滤波电路的前级采用低通滤波器，截止频率为

后级采用高通滤波器，截止频率为

从而第二滤波电路的通带范围为[f_c1,f_c2]。

根据常用的音频频率范围，即输出频率范围为20Hz-20kHz的第二音频信号，据此匹配第二滤波电路中的参数即可。此外，还可以根据用户需求的音频频率范围匹配第二滤波电路中的参数。

以上对本实用新型所提供的一种基于可见光的语音通信装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims

1.一种基于可见光的语音通信装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述驱动电路具体为PWM驱动电路；

相应的，所述可见光光源具体为LED灯。

3.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述信号发射器还包括设于所述音频信号接收电路和所述信号调制电路之间的第一放大电路。

4.根据权利要求3所述的语音通信装置，其特征在于，所述第一放大电路具体为两级同相放大电路。

5.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述信号接收器还包括设于所述光电转换电路和所述信号解调电路之间的第二放大电路。

6.根据权利要求5所述的语音通信装置，其特征在于，所述第二放大电路具体为反比例放大电路。

7.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述光电转换电路具体包括光电二极管以及输入端与所述光电二极管的输出端连接的电流电压转换电路。

8.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述信号发射器还包括设于所述音频信号接收电路和所述信号调制电路之间的第一滤波电路。

9.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述信号接收器还包括设于所述信号解调电路和所述音频功放电路之间的第二滤波电路。

10.根据权利要求1所述的语音通信装置，其特征在于，所述信号调制电路和所述信号解调电路均具体包括CD4046。