基于白光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電子信息工程

1、學(xué)號(hào)業(yè)設(shè)計(jì)題 目：基于stm32白光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作 者廖 斌屆 別2016系 別信息學(xué)院專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)老師陳 松職 稱副教授完成時(shí)間2016.0533湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘 要本設(shè)計(jì)是基于stm32f103的白光led可見光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)射裝置和接收裝置兩部分組成。系統(tǒng)通信以白光為載體，從發(fā)送端到接收端的傳輸距離最高可達(dá)2m。實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)和溫度傳感器所測(cè)的溫度值實(shí)時(shí)傳輸，信道傳輸?shù)牟ㄌ芈士蛇_(dá)115200 b/s。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)放大和帶通濾波后由12位a/d轉(zhuǎn)換器采樣，經(jīng)過pcm編碼壓縮后與所測(cè)溫度的數(shù)字信號(hào)采用時(shí)分復(fù)用方式通過白光led發(fā)射

2、，接收站通過光電接收管接收信號(hào)，溫度值在其oled液晶屏上顯示，解碼后的語(yǔ)音信號(hào)由d/a轉(zhuǎn)換后經(jīng)帶通濾波功放輸出。關(guān)鍵字：stm32f103；白光通信；語(yǔ)音信號(hào)；a/d轉(zhuǎn)換器；d/a轉(zhuǎn)換器；abstractthe design is based on the stm32f103 white led visible-light communication system, which consists of transmitting device and receiving device is composed of two parts. communication with white ligh

3、t as the carrier, from the sender to the receiver of the transmission distance of up to 2m. realization of speech signal and the temperature value measured by the temperature sensor transmission, transmission of up to 115200 baud rate b/s. voice signal amplification and band-pass filtered by a 12-bi

4、t a/d converter sampling after pcm coding and the measured temperature using time division multiplexing of digital signal through the white led light emitting, the receiving station receives signals through photoelectric receiving tube, the temperature values in its oled display on the lcd, decoded

5、audio signal from d/a conversion after the band-pass filter amplifier output.keywords：stm32f103; the white light communication; speech signal; a/d conversion; d/a conversion目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 課題背景及意義11.2 白光通信研究現(xiàn)狀11.3 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求2第二章 總體方案設(shè)計(jì)與論證42.1 系統(tǒng)總體框圖42.2 處理器的選取42.3 光電器件的選取52.4 溫度測(cè)量方案論證52.5

6、系統(tǒng)供電電源6第三章 硬件電路設(shè)計(jì)73.1 系統(tǒng)主控電路模塊73.2 系統(tǒng)電源模塊73.3 信號(hào)采集模塊83.3.1 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)理模塊83.3.2 溫度傳感器模塊93.4 發(fā)射接收電路模塊93.4.1 發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊93.4.2 光電接收模塊103.5人機(jī)接口顯示模塊103.6語(yǔ)音信號(hào)輸出模塊11第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)134.2信號(hào)采集144.2.1語(yǔ)音信號(hào)采集144.2.1溫度信號(hào)采集164.3編碼與解碼164.3.1信源編碼與解碼164.3.2信道編碼與解碼184.8人機(jī)接口顯示204.9語(yǔ)音信號(hào)輸出21第五章 系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試235.1 硬件調(diào)試235.2 軟件調(diào)試

7、235.3 測(cè)試儀器235.4 測(cè)試方法與結(jié)果24第六章 總結(jié)和展望25參考文獻(xiàn)26致 謝27附 錄28第一章 緒 論1.1 課題背景及意義隨著led在制造工藝上的不斷進(jìn)步以及l(fā)ed日益趨向于節(jié)能化。led光源在能源、壽命、響應(yīng)速度、環(huán)保節(jié)能等方面具有傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)在社會(huì)上迅速普及。若我們對(duì)led進(jìn)行深層次的開發(fā)，利用led發(fā)出的光作為通信介質(zhì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更具有靈活性的通信環(huán)境，并且可以換種方式實(shí)現(xiàn)資源共享。白光通信電磁干擾極低，其可用于電磁環(huán)境復(fù)雜或這電磁環(huán)境要求苛刻的環(huán)境中，且其用于室內(nèi)通信對(duì)人體的輻射甚少，其在未來(lái)的室內(nèi)定位、智能家居中具有廣闊的發(fā)展空間。半導(dǎo)體照明技

8、術(shù)的發(fā)展，led照明也成為了未來(lái)的趨勢(shì)。led具有高速調(diào)制的特性，可以把調(diào)制信號(hào)加載到led上，將信號(hào)以可見光形式發(fā)送出去，在接收端采用光電探測(cè)器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行提取接收，并進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。近年來(lái)人們開始關(guān)注基于白光led技術(shù)的可見光通信，這種led白光被認(rèn)為是一個(gè)很有潛力的未來(lái)照明技術(shù)，其不僅可以用于房間照明，也形成了一種短距離無(wú)線光通信系統(tǒng)。led是基于pn節(jié)的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其具有使用壽命長(zhǎng)，功耗低，電壓低以及尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。另外，led具有高速調(diào)制，響應(yīng)靈敏度高等特點(diǎn)。本次將設(shè)計(jì)一個(gè)采用以cortex-m3處理器為內(nèi)核的stm32f103rct6作為主控，來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸。1.

9、2 白光通信研究現(xiàn)狀如今,led燈泡已不僅僅局限于照明本身,而是如夢(mèng)幻一般被賦予了更多功能,可以實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新應(yīng)用。隨著led產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,基于led照明設(shè)備的一系列智能照明應(yīng)用被越來(lái)越多的挖掘出來(lái),led燈泡也隨之變得更加的智慧和神奇。而可見光通信的出現(xiàn),更使其加入信息使者的行列。正在此刻,led遇見可見光通信,正待開啟led下一個(gè)“奇幻”之旅!“當(dāng)前,基于可見光通信技術(shù)下開發(fā)的led燈泡已經(jīng)成長(zhǎng)為具有照明、通信、跨界應(yīng)用等多重意義及用途的智能照明設(shè)備,且迎來(lái)了發(fā)展的大好時(shí)機(jī)。”有業(yè)內(nèi)人士如此指出。2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主中村修二在訪臺(tái)期間也預(yù)言,“l(fā)ed產(chǎn)業(yè)的下個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用是可見光通

10、信?！彼J(rèn)為,未來(lái)家里的燈光將可以承載通信訊號(hào)成為最后一里路的信息傳輸設(shè)備,人們甚至可以在路燈下下載電影和音樂。作為一種新興的通信技術(shù)，led可見光通信提出的歷史不算久遠(yuǎn)，早在2000年以前，就有研究人員提出利用led發(fā)出的光來(lái)進(jìn)行通信的設(shè)想，并付諸實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了一些簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)。在這些設(shè)想中，最具代表性的是香港大學(xué)的grantham pang于1999年提出的實(shí)現(xiàn)方案，他們的實(shí)驗(yàn)小組搭建并演示了基于可見光led的音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)。這些設(shè)想方案提出時(shí)，led照明技術(shù)還沒有受到重視，對(duì)led可見光通信的關(guān)鍵技術(shù)也沒有進(jìn)行深入研究，其影響力有限。2000年，日本keio大學(xué)m. nakagawa教

11、授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種利用白光led實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可見光接入的方案，并針對(duì)室內(nèi)可見光通信信道進(jìn)行建模仿真和分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了10mbps的室內(nèi)可見光通信接入方案，正是這一成果被視為可見光通信領(lǐng)域具有影響力的開創(chuàng)性研究，之后，可見光通信技術(shù)開始受到世界各地研究人員的重視?；诳梢姽庹彰鞴庠吹耐ㄐ偶夹g(shù)是隨著發(fā)光二極管的發(fā)展而興起的。高亮度白光led出現(xiàn)后，隨著光效的逐步提高，其應(yīng)用從顯示領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到照明領(lǐng)域，并且發(fā)展迅速。白光led的另外一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)制，因此可以用其進(jìn)行超高速數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)的照明設(shè)備相比，白光led燈具有耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、體積小、高亮度、低熱量等優(yōu)點(diǎn)，被評(píng)為第四

12、代節(jié)能環(huán)保型照明產(chǎn)品。其另一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間極短，所以可以用led的光信號(hào)變化來(lái)進(jìn)行超高速數(shù)據(jù)傳輸?？梢姽鉄o(wú)線通信技術(shù)是一種新興的無(wú)線光通信技術(shù)，隨著白光led的發(fā)明及應(yīng)用，可見光通信技術(shù)得到了良好的發(fā)展。與傳統(tǒng)的射頻通信和紅外通信相比，可見光通信具有節(jié)約能源、發(fā)射功率高、無(wú)電磁干擾和無(wú)需申請(qǐng)頻譜資源等優(yōu)點(diǎn)，因此可見光通信技術(shù)具有極大的發(fā)展前景。與傳統(tǒng)的射頻通信相比較，可見光通信技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可見光通信無(wú)處不再。用于通信的照明燈可以安裝在任何地方，通過照明燈，可以很方便地實(shí)現(xiàn)告訴無(wú)線數(shù)據(jù)通信；2）可見光對(duì)人類非常安全?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng)可以使用家庭或辦公室的照明燈發(fā)送數(shù)據(jù)；3）無(wú)

13、需無(wú)線電頻譜許可證，由于受無(wú)線電頻譜管制，可用的無(wú)線電頻率非常有限；4）發(fā)射功率高。對(duì)于射頻通信，射頻信號(hào)對(duì)人體有害，也不能無(wú)限制地增加發(fā)射功率，而對(duì)于發(fā)射的是可見光，故發(fā)射功率較高。（5）與紅外通信技術(shù)相比，白光通信同時(shí)可以照明，而且白光通信的光源為發(fā)散光，對(duì)方向要求不是很高，因此通信線路不容易被阻斷，同時(shí)，由于光源為白光，不會(huì)對(duì)人眼造成影響，所以通信功率一般不做限制。1.3 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求本項(xiàng)目的任務(wù)設(shè)計(jì)白光通信系統(tǒng)，要求達(dá)到以下指標(biāo)：1）白光通信系統(tǒng)裝置利用led燈和光電傳感器作為收發(fā)器件，用來(lái)同時(shí)傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)；2）傳輸距離為2m；3）傳輸?shù)哪M信號(hào)為語(yǔ)音信號(hào)，頻率范圍300h

14、z3400 hz，要求接收到的聲音無(wú)明顯失真，輸出的語(yǔ)音信號(hào)負(fù)載為8,要求輸出功率不小于0.5w；4）傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)為環(huán)境溫度，并能在接收端顯示，要求數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)延不超過10s，溫度測(cè)量誤差不超過2。本裝置的通信信道必須采用可見光信道，不得使用其他通信裝置，不得采用內(nèi)部含有現(xiàn)成通信協(xié)議的發(fā)射芯片或模塊。第二章 總體方案設(shè)計(jì)與論證2.1 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)使用可見光信道，由發(fā)射裝置將語(yǔ)音信號(hào)和溫度信息實(shí)時(shí)定向傳輸至接收裝置，且傳輸距離不小于2m。白光通信裝置包括發(fā)射裝置和接收裝置兩部分，總體架構(gòu)如圖2.1所示。發(fā)送部分語(yǔ)音信號(hào)作為模擬信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路處理后，由stm32f103的內(nèi)部12位a

15、dc對(duì)其采樣，溫度傳感器tmp275的溫度信號(hào)作為數(shù)字信號(hào)，主控對(duì)采集到的語(yǔ)音信號(hào)采用脈沖編碼調(diào)制（pcm）對(duì)其信源編碼，然后將其數(shù)據(jù)協(xié)同數(shù)字信號(hào)采用時(shí)分復(fù)用的方式送入串口發(fā)送的寄存器，通過串口輸出到led驅(qū)動(dòng)電路可直接發(fā)送出去。接收部分通過光電傳感器感應(yīng)到光信號(hào)，然后經(jīng)放大整形送至stm32f103串口接收端，stm32f103可直接讀取其數(shù)據(jù)，然后對(duì)其數(shù)據(jù)解碼，溫度信號(hào)通過oled屏顯示，語(yǔ)音信號(hào)通過stm32f103的da輸出，da輸出的信號(hào)經(jīng)帶通濾波器平滑濾波后送入音頻功放電路，然后通過喇叭輸出。圖2.1 白光通信裝置系統(tǒng)架構(gòu)2.2 處理器的選取目前單片機(jī)己經(jīng)進(jìn)入廣泛發(fā)展時(shí)代，種類很多

16、，如何選擇性價(jià)比最優(yōu)，開發(fā)容易，開發(fā)周期最短的產(chǎn)品，是設(shè)計(jì)師要思考的重要問題之一。目前我國(guó)銷量的主流mcu(microcontroller unit 微控制單元)產(chǎn)品有51單片機(jī)，msp430單片機(jī)，stm32嵌入式處理器等系列mcu。選購(gòu)mcu主要應(yīng)看重兩個(gè)方面：一是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要哪些資源；第二是結(jié)合成本選擇性價(jià)比高的單片機(jī)。單片機(jī)資源主要考慮的指標(biāo)有：速度、位數(shù)、功耗、存儲(chǔ)器容量、系統(tǒng)擴(kuò)展與驅(qū)動(dòng)能力、抗干擾能力、是否含有adc，dac等。除此之外，軟件編寫的難易程度也是重要考慮的因素。方案一：stc89c52單片機(jī)stc89c52是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能8位微控制器。該芯片操作簡(jiǎn)

17、單，庫(kù)函數(shù)豐富，價(jià)格低廉，成本低，易控制，但ram僅為4 kb，處理速度不快，難以用在精密控制、精密測(cè)量以及高速大數(shù)據(jù)傳輸中。方案二：msp430單片機(jī)msp430單片機(jī)是美國(guó)德州儀器（ti）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（risc）的混合信號(hào)處理器（mixed signal processor），適用于便攜式儀器儀表中，主頻為8 mhz，無(wú)法倍頻，故處理速度相對(duì)較慢，i/o口翻轉(zhuǎn)速度較難滿足發(fā)射速度。方案三：stm32f103嵌入式處理器stm32f103嵌入式處理器是意法半導(dǎo)體公司的32位處理器。stm32f103基于高性能、低成本、低功耗的要求專為嵌入式應(yīng)用設(shè)

18、計(jì)的arm cortex-m3內(nèi)核。stm32f103時(shí)鐘頻率達(dá)到72 mhz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品。內(nèi)置32128 kb的閃存，sram的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率為72mhz時(shí)，i/o可以滿足音頻加數(shù)字信號(hào)的發(fā)射速度，stm32功耗36 ma，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5 ma/mhz。綜上分析選擇方案三，發(fā)射部分和接收部分均以stm32f103rct6做為主控芯片。2.3 光電器件的選取可見光通信是利用400nm760nm可見光波段作為傳遞信息的載體，由于本課題要求傳輸距離需大于2m，同時(shí)保證盡量低功耗，且為了更好地匹配發(fā)射管，在現(xiàn)有的器件中選用接收波段在35

19、0nm1100nm的bpw34作為可見光接收管。其具有響應(yīng)時(shí)間極快、靈敏度高、接收距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。如圖2.2為bpw34的光譜靈敏度。圖2.2 bpw34光譜靈敏度2.4 溫度測(cè)量方案論證方案一：采用單總線數(shù)字溫度傳感器ds18b20測(cè)量溫度，直接輸出數(shù)字信號(hào)。便于單片機(jī)處理及控制，節(jié)省硬件電路。ds18b20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，但其單總線時(shí)序占用資源太多。方案二：tmp275 是一個(gè)精度為 0.5、兩線制、串行輸出溫度傳感器，采用i2c與主控通信，可直接輸出數(shù)字信號(hào)。綜上分析，ds18b20單總線通信，占用主控資源太多，很難達(dá)到要求，因此選擇方案二。2.5 系統(tǒng)供電電源白光通

20、信系統(tǒng)供電電源的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要的工作，它對(duì)整個(gè)白光通信系統(tǒng)是否正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。電源在設(shè)計(jì)時(shí)因考慮功率是否滿足全系統(tǒng)的工作需要以及電平機(jī)抗干擾問題等問題。單片機(jī)系統(tǒng)的大部分芯片都以脈沖方式工作，對(duì)于較小的系統(tǒng)，功率消耗的脈沖特性尤為突出，而對(duì)于較大的系統(tǒng)，由于器件功耗的分散性，使得系統(tǒng)整體的功率消耗比較平穩(wěn)。因此，單片機(jī)系統(tǒng)的電源必須有足夠的耐沖擊性，這就要求電源設(shè)計(jì)時(shí)留有充分的余量。電平設(shè)計(jì)指的是直流電壓幅度和電源在最不利（滿載）情況下的紋波電壓峰峰值設(shè)計(jì)。這兩項(xiàng)指標(biāo)都關(guān)系到單片機(jī)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。因此，必須按系統(tǒng)中對(duì)電平要求最高的器件條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。各種形式的干擾一般

21、都是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)的，干擾竄入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有3條途徑：空間干擾（場(chǎng)干擾），通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)；過程通道干擾，通過與主機(jī)相連的前向通道、后向通道及其它與主機(jī)相互連接的通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾，通過供電線路竄入。對(duì)于上述3種干擾必須采用行之有效的措施和具體電路加以消除，確保單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行和工作。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)主控電路模塊stm32f103基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的arm cortex-m3內(nèi)核。本次設(shè)計(jì)發(fā)射接收部分均專門設(shè)計(jì)了以stm32f103rct6為主控的系統(tǒng)板，發(fā)射接收的系統(tǒng)板相同，其系統(tǒng)板把stm32f103rct6芯

22、片的i/o口用間距2.54mm單排排針引出來(lái)，方便其靈活應(yīng)用，具體電路如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)電路原理圖3.2 系統(tǒng)電源模塊根據(jù)系統(tǒng)供電電源的要求，發(fā)射部分和接收部分只需要設(shè)計(jì)+5v和+3.3v供電電源，且要求電源輸出的紋波應(yīng)盡量的小，以減少對(duì)輸出信號(hào)的干擾和系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。本電源輸入端接220v交流供電，經(jīng)變壓器降壓后采用橋式對(duì)其全波整流、電容濾波、三端線性穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓的方法產(chǎn)生+5v和+3.3v直流電壓，固定輸出的三端穩(wěn)壓芯片為lm7805和lm1117-3.3。穩(wěn)壓管的輸出后通過電容濾波，數(shù)字部分與模擬部分的電源用電感隔離，這樣就可以得到紋波系數(shù)很小的直流電壓，具體電路如圖3.2

23、所示。圖3.2 系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路3.3 信號(hào)采集模塊3.3.1 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)理模塊語(yǔ)音信號(hào)前級(jí)處理主要是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大，是其適合在stm32f103rct6的ad輸入電壓范圍03.3v之間，電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3 語(yǔ)音信號(hào)調(diào)理電路根據(jù)ne5532的理論參數(shù)，可求出運(yùn)放電路的各項(xiàng)交流參數(shù)。理論計(jì)算如下：1）輸入電阻（3-1）2）輸出電阻（3-2）3）電壓增益（3-3）（4）輸出電壓（v）（3-4）v （3-5）由以上分析可知，給輸出電壓加上了直流電壓1.65v，正好是stm32f103的 adc轉(zhuǎn)換器所能接收范圍的中心，運(yùn)放的電壓增益為3，這樣使其正好適合adc采集的范圍，使其更精

24、確的采集到語(yǔ)音信號(hào)。3.3.2 溫度傳感器模塊stm32f103通過i2c可直接讀取tmp275溫度傳感器的數(shù)值，其電路如圖3.4所示，r20和r21為i2c總線的上拉電阻，其硬件地址3位均設(shè)置為0。圖3.4 tmp275溫度傳感器電路3.4 發(fā)射接收電路模塊3.4.1 發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路是直接從stm32f103的io口輸出信號(hào)，然后用npn型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)led燈，其發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路如圖3.5所示，其中r5電位器可調(diào)節(jié)其led燈的亮度，相當(dāng)于調(diào)節(jié)發(fā)射功率。圖3.5 led發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路3.4.2 光電接收模塊為了能接收到更多光信號(hào)，采用兩個(gè)bpw34光電接收管并聯(lián)。具體點(diǎn)路如圖3.6所示，電

25、位器r20可調(diào)節(jié)光電接受管導(dǎo)通是的壓降。感應(yīng)到的光信號(hào)首先經(jīng)ne5532運(yùn)放電路反向放大680倍，再通過lm393比較電路，可整形出更好的波形給stm32f103讀取，圖中r29可調(diào)節(jié)與放大后光信號(hào)比較的電壓，r23可調(diào)節(jié)輸給單片機(jī)波形的最大幅值的大小。圖3.6 光信號(hào)接收電路3.5人機(jī)接口顯示模塊 本系統(tǒng)以單色oled顯示屏（128×64）點(diǎn)陣構(gòu)成人機(jī)接口的硬件基礎(chǔ)。lcd都需要背光，而oled不需要，因?yàn)樗亲园l(fā)光的，另外，oled的功耗比lcd低得多，相同顯示面積的功耗僅相當(dāng)于lcd的1/3。其具有低功耗、無(wú)需背光、高對(duì)比度、內(nèi)置驅(qū)動(dòng)芯片等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的人機(jī)交互界面友好，液晶接口

26、電路如圖3.2所示。通信中使用了如下幾條信號(hào)線：1）cs：oled片選信號(hào)；2）fso（res）：硬件復(fù)位oled（電平翻轉(zhuǎn)觸發(fā)）；3）dc：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志位（0-命令，1-數(shù)據(jù)）；4）sclk：串行時(shí)鐘線；5）mosi：串行數(shù)據(jù)線。圖3.7 液晶接口電路3.6語(yǔ)音信號(hào)輸出模塊語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)stm32f103的da輸出，為了濾除噪聲減小干擾，由于語(yǔ)音信號(hào)的頻率是在300hz和3400 hz之間，所以需要采用帶通濾波器。無(wú)源濾波器要求有電感元件，體積龐大。有源的運(yùn)算放大濾波器用阻容元件，體積小，有大量的現(xiàn)成表格可供設(shè)計(jì)時(shí)查閱。由于該帶通濾波器的上、下限頻率之比3400/300=11.3>>

27、;2(一個(gè)倍頻程)，為寬帶濾波器，故宜采用一低通濾波器和一高通濾波器級(jí)聯(lián)而成。選擇帶通濾波器濾出300hz3400hz語(yǔ)音信號(hào)頻率范圍的信號(hào)，可有效地抑制噪聲。本系統(tǒng)采用巴特沃斯濾波器，帶通濾波器由兩階低通濾波器級(jí)聯(lián)兩階高通濾波器構(gòu)成，采用專用濾波器設(shè)計(jì)軟件filter solutions 8.1，按其參數(shù)對(duì)其設(shè)計(jì)，帶通濾波電路如圖3.8所示。帶通濾波器根據(jù)品質(zhì)因數(shù)q的大小，分為窄帶帶通濾波器（q>10）和寬帶濾波器（q<10）兩種，本系統(tǒng)中的上限頻率，下限頻率，同頻帶中心頻率與品質(zhì)因數(shù)q分別為（3-6）（3-7）圖3.8 帶通濾波電路顯然，q<10，故該帶通濾波器為寬帶帶通

28、濾波器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該濾波器能有效濾除低頻分量和高頻分量，大大減少了噪聲干擾，同時(shí)也濾除了多余的高頻分量，性能滿足要求。經(jīng)平滑濾波器輸出的語(yǔ)音信號(hào)，其幅度03v，為滿足題目要求的0.5w的功率輸出，音頻功率放大器采用典型器件lm386制作，lm386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，最大輸出功率可達(dá)1.25w，為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半。本次設(shè)計(jì)的電路原理如圖3.9所示。通過r11可調(diào)節(jié)音頻功放輸入信號(hào)的幅值，lm386增益設(shè)定為50，輸出

29、端接電阻為8喇叭播放出來(lái)。圖3.9 音頻功放電路第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件的開發(fā)也是本課題的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本課題的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，全部原代碼均使用標(biāo)準(zhǔn)c語(yǔ)言編寫，并附帶有詳細(xì)的注釋，增加了本系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性，系統(tǒng)總體架構(gòu)分為發(fā)射和接收兩部分。1）發(fā)射裝置總體流程圖在主函數(shù)中，每隔500ms就從tmp275讀取一次溫度值。在定時(shí)器中斷函數(shù)中，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位flag(0255)，通過標(biāo)志位來(lái)控制分時(shí)發(fā)送溫度標(biāo)志位、發(fā)送溫度和發(fā)送ad采集后編碼的數(shù)值，發(fā)射裝置語(yǔ)音信號(hào)采集是通過adc的單通道模式自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。發(fā)射裝置流程圖如圖4.1所示。 主函數(shù) 定

30、時(shí)器中斷函數(shù)圖4.1 發(fā)射裝置流程圖2）接收裝置總體流程圖在主函數(shù)中，判斷溫度值是否更新，若更新則更新顯示的溫度。定時(shí)器中斷函數(shù)，進(jìn)入中斷后，先判斷是否接收到數(shù)據(jù)，沒有接收數(shù)據(jù)則返回，若接收到數(shù)據(jù)，則根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)rx_buff判斷是否為起始位，若是起始位則使標(biāo)志位flag=1，表示接收到一幀數(shù)據(jù)的幀頭，后面接收到的數(shù)據(jù)則根據(jù)flag判斷是溫度信號(hào)還是語(yǔ)音信號(hào)。接收到了溫度信號(hào)就更新其溫度值，接收到的語(yǔ)音信號(hào)則對(duì)其解碼后直接從stm32f103的da輸出。接收裝置流程圖如圖4.2所示。主函數(shù) 定時(shí)器中斷函數(shù)圖4.2 接收裝置流程圖4.2信號(hào)采集4.2.1語(yǔ)音信號(hào)采集語(yǔ)音信號(hào)采集是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)抽

31、樣，時(shí)間上離散化，即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣后應(yīng)當(dāng)能包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無(wú)失真地恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定力決定的。本次設(shè)計(jì)采集的語(yǔ)音信號(hào)的頻率在300hz3400hz內(nèi)，根據(jù)奈奎斯特定律,按其定律可知，抽樣速率應(yīng)不小于最高頻率的2倍，即，而實(shí)際當(dāng)中我們會(huì)略大于2倍的頻率，本次選取的抽樣頻率為8khz的抽樣速率。本系統(tǒng)采用stm32f103 adc1的通道1即pa1腳采樣語(yǔ)音信號(hào)，adc1通道初始化流程圖如圖4.3所示。stm32f103的ad設(shè)置為12mhz的采樣速率單通道模式單次轉(zhuǎn)換方式對(duì)其采樣，實(shí)際

32、的采樣速度是通過定時(shí)器中斷控制在8khz的，進(jìn)了中斷的數(shù)據(jù)才會(huì)發(fā)出去，其它adc采集到的數(shù)據(jù)都丟棄。 圖4.3 adc1通道初始化流程圖adc初始化程序如下：void adc_init(void) rcc->apb2enr|=1<<2; /使能porta口時(shí)鐘 gpioa->crl&=0xffffff0f;/pa1 anolog輸入 rcc->apb2enr|=1<<9; /adc1時(shí)鐘使能 rcc->apb2rstr|=1<<9; /adc1復(fù)位rcc->apb2rstr&=(1<<9);/復(fù)位結(jié)束

33、 rcc->cfgr&=(3<<14); /分頻因子清零,sysclk/div2=12m adc時(shí)鐘設(shè)置為12mrcc->cfgr|=2<<14; adc1->cr1&=0xf0ffff; /工作模式清零adc1->cr1|=0<<16; /獨(dú)立工作模式 adc1->cr1&=(1<<8); /非掃描模式 adc1->cr2&=(1<<1); /單次轉(zhuǎn)換模式adc1->cr2&=(7<<17); adc1->cr2|=7<<

34、17; /軟件控制轉(zhuǎn)換 adc1->cr2|=1<<20; /使用用外部觸發(fā)(swstart)!必須使用一個(gè)事件來(lái)觸發(fā)adc1->cr2&=(1<<11); /右對(duì)齊 adc1->sqr1&=(0xf<<20);adc1->sqr1|=0<<20; /1個(gè)轉(zhuǎn)換在規(guī)則序列中 也就是只轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1 /設(shè)置通道1的采樣時(shí)間adc1->smpr2&=(7<<3); /通道1采樣時(shí)間清空 adc1->smpr2|=7<<3; /通道1 239.5周期,提高采樣時(shí)間可以提高

35、精確度 adc1->cr2|=1<<0; /開啟ad轉(zhuǎn)換器 adc1->cr2|=1<<3; /使能復(fù)位校準(zhǔn) while(adc1->cr2&1<<3); /等待校準(zhǔn)結(jié)束 /該位由軟件設(shè)置并由硬件清除。在校準(zhǔn)寄存器被初始化后該位將被清除。 adc1->cr2|=1<<2; /開啟ad校準(zhǔn) while(adc1->cr2&1<<2); /等待校準(zhǔn)結(jié)束/該位由軟件設(shè)置以開始校準(zhǔn)，并在校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)由硬件清除 4.2.1溫度信號(hào)采集tmp275與主控的通信方式為i2c，本系統(tǒng)每間隔500ms，對(duì)其讀

36、取一次溫度值，其讀取到的溫度數(shù)據(jù)分為高八位和低八位，共2bety數(shù)據(jù)大小。stm32f103與tmp275通信采用軟件模擬i2c時(shí)序進(jìn)行通信，pb6模擬時(shí)鐘口scl，pb7模擬數(shù)據(jù)口sda，溫度讀取流程圖如圖4.4所示。圖4.4 tmp275溫度讀取流程圖4.3編碼與解碼4.3.1信源編碼與解碼語(yǔ)音信號(hào)編碼方式主要有脈沖編碼調(diào)制（pcm）、差分脈沖編碼調(diào)制（dpcm）、增量調(diào)試等。由于語(yǔ)音信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性是大信號(hào)出現(xiàn)的概率小，而小信號(hào)出現(xiàn)的概率大。為了提高信噪比，在小信號(hào)是需降低量化噪聲，降低量化噪聲則需要減小量化間隔。因此，在量化時(shí)，需使量化間隔隨輸入信號(hào)電平的大小改變，小信號(hào)是分層細(xì)一些量化

37、間隔小一些，大信號(hào)時(shí)量化間隔大一些，這樣就使輸入信號(hào)與量化噪聲之比在小信號(hào)到大信號(hào)整個(gè)范圍內(nèi)基本一致。13折線a律主要用于歐洲各國(guó)、非洲地區(qū)所采用的pcm30/32路基群中。本系統(tǒng)將采用13折線a律數(shù)字壓擴(kuò)技術(shù)的方法實(shí)現(xiàn)非均勻量化編碼。如圖4.5所示，圖中x和y分別表示壓縮器歸一化輸入和歸一化輸出信號(hào)幅度。將x軸的區(qū)間（0,1）分成不均勻地8段，分段的規(guī)律是每次以1/2取段。然后，每段再均勻地16等分，每一等分作為一個(gè)量化分層。于是在01范圍內(nèi)共有8×16=128個(gè)量化區(qū)間，但各段上的間隔是不均勻的。同樣在y軸上，將（0,1）區(qū)間均勻地分成8段，每段再分16等分，所以y軸也被分為12

38、8個(gè)量化區(qū)間，但他們是均勻的。圖 4.5 13折線的形成編碼規(guī)則：a律13折線用8位二進(jìn)制表示一個(gè)樣值。這8位安排如下： 極性碼 段落碼 段內(nèi)碼1）為極性碼，正極用1表示，負(fù)級(jí)用0表示。2）為段落碼，x正半軸分成不均勻地8段，3位段落碼表示抽樣值落在哪一段中。3）為段內(nèi)碼，對(duì)每一段分成16等分，用4位段內(nèi)碼表示。每一段的量化間隔不等，也就是對(duì)x的非均勻編碼，若以為量化間隔進(jìn)行均勻量化，則在正半周量化區(qū)內(nèi)就有2048個(gè)量化電平，需要的編碼，現(xiàn)在用非均勻編碼，只需要7位編碼。a律13折線編碼具體程序見附件u8 pcm_code(u16 data)編碼函數(shù)，程序先判斷其極性，然后判斷其段落碼，最后判

39、斷段內(nèi)碼后就完成了整個(gè)編碼過程。譯碼則是編碼過程的逆過程，經(jīng)過編碼后再解碼的結(jié)果可能跟原來(lái)的數(shù)據(jù)不同但接近，對(duì)其影響不大。程序直接根據(jù)編碼的數(shù)據(jù)，可直接解碼出其值來(lái)，語(yǔ)音信號(hào)具體解碼程序如下：u16 pcm_decode(u8 code)/解碼u16 data;u8 para_in,para_out,polar;para_in = (code & 0xf0) >> 4;/段內(nèi)碼para_out = (code & 0x0e) >> 1;/段落碼polar = code & 0x01;/極性switch(para_out)case 0 : data

40、 = para_in * 1;break;/段落0case 1 : data = 16 + para_in * 1;break;/段落1case 2 : data = 32 + para_in * 2;break;/段落2case 3 : data = 64 + para_in * 4;break;/段落3case 4 : data = 128 + para_in * 8;break;/段落4case 5 : data = 256 + para_in * 16;break;/段落5case 6 : data = 512 + para_in * 32;break;/段落6case 7 : dat

41、a = 1024 + para_in * 64;break;/段落7default : data = 0;if(polar = 0)/為負(fù)data = (u16)(-(int)data)+2047);else/為正data = data + 2048;return data;4.3.2信道編碼與解碼數(shù)據(jù)發(fā)送可用stm32f103硬件上的串口直接發(fā)送數(shù)據(jù)，不用對(duì)其進(jìn)行軟件上的硬件編碼解碼。因其傳輸速率為8khz，則其串口采用波特率為115200 b/s較合適,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為9位，包含8位數(shù)據(jù)位和1為停止位。語(yǔ)音信號(hào)與溫度信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸采用時(shí)分復(fù)用方式。如圖4.6所示，以255byte數(shù)據(jù)作為一幀，以數(shù)

42、據(jù)0作為起始位，緊接后面的數(shù)據(jù)分別是溫度高八位和低八位，然后是252byte的語(yǔ)音信號(hào)，其中語(yǔ)音信號(hào)編碼后為0的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理讓其為16，其基本無(wú)影響，目的是杜絕與起始位相同導(dǎo)致無(wú)法判斷。用該方式傳輸數(shù)據(jù)每一字節(jié)之間有聯(lián)系，即起始位后接收到的數(shù)據(jù)為溫度信號(hào)。圖4.6 時(shí)分復(fù)用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)送部分發(fā)送程序用一標(biāo)志位flag從0255毎執(zhí)行一次就加1，flag=0，發(fā)送幀頭；flag=1，發(fā)送溫度高八位；flag=2，發(fā)送溫度第八位；flag>2，發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)，發(fā)送部分具體編碼程序如下：u8 flag=0;/全局變量,標(biāo)志位void code_send(void)u16 ad_data;

43、/ad采集的數(shù)據(jù)if(flag<=2)/發(fā)送標(biāo)志位和溫度if(flag = 0)uart2_send_data(0);/發(fā)送標(biāo)志位else if(flag = 1)uart2_send_data(temperature/256);/發(fā)送溫度高八位elseuart2_send_data(temperature%256);/發(fā)送溫度低八位else/發(fā)送語(yǔ)音信號(hào)ad_data = get_adc(adc_channel_1);/讀取ad數(shù)據(jù)sendbuff = pcm_code(ad_data);/編碼while(sendbuff = 0);uart2_send_data(sendbuff);

44、/發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù)flag+;接收部分的信道解碼程序用定時(shí)器控制每隔一段時(shí)間檢測(cè)是否接收到數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)則判斷是幀頭、溫度信號(hào)還是語(yǔ)音信號(hào)。若接收到語(yǔ)音信號(hào)，則對(duì)其解碼后da輸出；若接收到的是幀頭，則標(biāo)記；若接收到溫度信號(hào)，則存儲(chǔ)并標(biāo)記。接收部分具體解碼程序如下：u8 rend3=0;/溫度數(shù)據(jù)和接收溫度數(shù)據(jù)標(biāo)志位void decode_rend(void)if(rx_flag = 1)/接收到數(shù)據(jù)if(flag = 0 && rx_buff != 0)/接收到語(yǔ)音信號(hào)數(shù)據(jù)da_buff = pcm_decode(rx_buff);/解碼dac_setchannel1dat

45、a(dac_align_12b_r,da_buff);/da輸出else if(flag = 0 && rx_buff = 0)/接收到標(biāo)志位flag+;/標(biāo)志位自增else if(flag = 1)/接收到溫度高八位rend0 = rx_buff;/存儲(chǔ)溫度高八位數(shù)據(jù)flag+;/標(biāo)志位自增else/接收到溫度低八位if(flag = 2)rend1 = rx_buff;/存儲(chǔ)溫度第八位數(shù)據(jù)rend2 = 1;/可更新溫度值標(biāo)志位flag = 0;/標(biāo)志位清零rx_flag = 0;/接收到數(shù)據(jù)標(biāo)志位清零4.8人機(jī)接口顯示本系統(tǒng)采用oled屏作為人機(jī)接口顯示，采用spi總線通

46、信方式，該方式為同步串行通信。只能對(duì)oled顯示屏進(jìn)行寫操作，不能進(jìn)行讀操作。在4線spi模式下，每個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為8為位，在sclk的上升沿，數(shù)據(jù)從sdin一如到ssd1306，高位在前。在4線spi模式下，寫操作時(shí)序如下：圖4.7 spi時(shí)序圖oled點(diǎn)陣與常規(guī)lcd點(diǎn)陣的顯示方式相同。從第一列開始向下去8個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)字節(jié)，然后從第二列開始向下去8個(gè)點(diǎn)作為第二個(gè)字節(jié)依次類推，取模順序是從低到高。圖4.8為顯示一行數(shù)據(jù)的圖解。圖4.8 顯示方式圖解oled模塊初始化流程圖如圖4.9所示。圖4.9 oled屏初始化流程圖4.9語(yǔ)音信號(hào)輸出本系統(tǒng)的處理器stm32f103rct6的dac模塊是12

47、位數(shù)字輸入，電壓輸出型的dac。dac可以配置為8位或12位模式，也可以與dma控制器配合使用。dac模塊有2個(gè)輸出通道，每個(gè)通道都有單獨(dú)的轉(zhuǎn)換器。圖中dac_outx就是dac的輸出通道，對(duì)應(yīng)pa4或者pa5引腳。當(dāng)dac的參考電壓為的時(shí)候（對(duì)stm32f103rct6來(lái)說就是3.3v），dac的電壓是線性的從0，12位模式下dac輸出電壓與以及dorx寄存器的計(jì)算公式如下：(4-1)語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)解碼后直接從mcu的da通道輸出，本設(shè)計(jì)采用dac通道1（pa4）輸出模擬電壓，其dac初始化流程圖如圖4.10所示。圖4.10 dac初始化流程圖dac初始化程序如下：/dac通道1輸出初始化voi

48、d dac1_init(void)rcc->apb2enr|=1<<2; /使能porta時(shí)鐘 rcc->apb1enr|=1<<29; /使能dac時(shí)鐘 gpioa->crl&=0xfff0ffff; gpioa->crl|=0x00000000;/pa4 模擬輸入 dac->cr|=1<<0;/使能dac1dac->cr|=1<<1;/dac1輸出緩存不使能 boff1=1dac->cr|=0<<2;/不使用觸發(fā)功能 ten1=0dac->cr|=0<<3;/da

49、c tim6 trgo,不過要ten1=1才行dac->cr|=0<<6;/不使用波形發(fā)生dac->cr|=0<<8;/屏蔽、幅值設(shè)置dac->cr|=0<<12;/dac1 dma不使能 dac->dhr12r1=0;第五章 系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試5.1 硬件調(diào)試本系統(tǒng)硬件相對(duì)較復(fù)雜，所以將其按功能分成了三個(gè)模塊發(fā)射部分語(yǔ)音信號(hào)調(diào)理模塊、led驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊、接收部分語(yǔ)音信號(hào)輸出模塊。在組裝與通電前，硬件調(diào)試首先檢查線路，對(duì)各模塊明顯的硬件故障進(jìn)行排除。在芯片未插入電路板之前，用萬(wàn)用表檢查電路板上線路是否連接正常，檢查是否存在短路

50、。檢查完線路正常后，進(jìn)行試觸性上電，看起電流是否正常，正常后接上電源，用萬(wàn)用測(cè)各電源輸出電壓是否正常。上電正常只是排除了一些明顯的問題。系統(tǒng)的軟件和硬件密切相關(guān)，程序也必須在聯(lián)機(jī)后才能調(diào)試。在進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，必須借助keil單片機(jī)開發(fā)工具來(lái)開發(fā)應(yīng)用軟件，對(duì)硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試，及時(shí)的排除硬件故障。檢查正常后可對(duì)各個(gè)模塊硬件調(diào)試：1）發(fā)射部分語(yǔ)音信號(hào)調(diào)理模塊：輸入端輸入300hz3400hz幅度適宜的正弦波，用示波器測(cè)試輸出，查看器輸出信號(hào)峰峰值和偏置是否正常。2）led驅(qū)動(dòng)和光電感應(yīng)模塊模塊：用頻率為10khz的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)led電路，示波器查看接收端收到的信號(hào)是否正常。3）接收部分語(yǔ)音信號(hào)輸

51、出模塊：輸入端接300hz3400hz幅度適宜的正弦波，用示波器測(cè)試功放的輸出波形。5.2 軟件調(diào)試本系統(tǒng)程序量較大，因此采用我較熟悉的stm32f103進(jìn)行程序編寫，縮短了程序開發(fā)的時(shí)間，提高了程序編寫效率。采用自下而上的調(diào)試方法，先調(diào)試各功能程序模塊，再調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)。調(diào)試中stm32f103單片機(jī)提供了jtag接口，方便了程序的在線調(diào)試。在調(diào)試過程中與硬件的調(diào)試相結(jié)合，提高了調(diào)試效率。當(dāng)軟件和硬件的基本功能分別調(diào)試好后,進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)一步優(yōu)化，使系統(tǒng)的軟件與硬件結(jié)合的更好。5.3 測(cè)試儀器測(cè)試儀器：tektronix tds1012數(shù)字示

52、波器、su3080 dds函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、勝利vc890數(shù)字萬(wàn)用表、yb1732b3a數(shù)字穩(wěn)壓電源。5.4 測(cè)試方法與結(jié)果1）指標(biāo)測(cè)量結(jié)果在弱光下，通過對(duì)準(zhǔn)發(fā)射裝置與接收裝置。在輸入接口加入語(yǔ)音信號(hào)，然后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。表1 基本部分測(cè)試指標(biāo)序號(hào)題目要求測(cè)試指標(biāo)1可見光傳輸距離2m2m2輸入頻率范圍300-3400hz300 3400hz3不能接受信號(hào)時(shí)，發(fā)光管指示可以指示4語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字信號(hào)同時(shí)傳輸能夠同時(shí)傳輸5接收溫度信息并顯示可以顯示6數(shù)字信號(hào)傳輸延時(shí)10s1s7溫度測(cè)試誤差 212）測(cè)試結(jié)果分析通過對(duì)本系統(tǒng)的測(cè)試，可見光傳輸距離符合指標(biāo)要求，輸入頻率范圍在300hz340

53、0hz。當(dāng)輸入語(yǔ)音信號(hào)改為800hz單音信號(hào)時(shí)，在8歐姆負(fù)載上，接收裝置的輸出電壓有效值可高達(dá)2v。音頻輸入端口接地時(shí)，測(cè)試接收裝置噪聲有效值小于70mv，且接收裝置裝有接收信號(hào)指示燈。該系統(tǒng)還增加了一路數(shù)字信道，用于實(shí)時(shí)顯示環(huán)境中的溫度。因可見光受環(huán)境和其他因素的影響，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)難免存在外界干擾，且數(shù)字信號(hào)與語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)傳輸時(shí)。由于數(shù)字信號(hào)的高頻干擾使得接收節(jié)點(diǎn)噪聲增大，這對(duì)系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)制方式提出了很高的要求，同時(shí)也增加了硬件電路的設(shè)計(jì)的難度，因此要想達(dá)到更好的指標(biāo)，還存在改進(jìn)空間，如：信道編碼采用抗干擾性強(qiáng)的編碼方式、光電傳感器采用頻率特性好的電路、適當(dāng)增加濾波電路等。第六章 總結(jié)和展望本設(shè)

54、計(jì)是利用led發(fā)出的光作為無(wú)線傳輸介質(zhì)，系統(tǒng)發(fā)射端采集到的語(yǔ)音信號(hào)和溫度信號(hào)可通過可見光信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇邮斩孙@示出和播放出來(lái)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求的所有功能。當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還有很多不足之處需要改正和完善：1.信道編碼方式不適合次信道傳輸，其傳輸信號(hào)的直流電平不是固定值，需換一種信道編碼；2.發(fā)射端燈亮度不夠，導(dǎo)致傳輸距離很短，可增加發(fā)射端燈的數(shù)量，提高發(fā)射功率。由于自己能力和時(shí)間問題軟件上用單個(gè)stm32還不能完成信道編碼程序，只能利用stm32自帶硬件資源串口直接發(fā)送數(shù)據(jù)；硬件上led發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路需驅(qū)動(dòng)更多的led燈?？傊?，我覺得此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲不僅僅是完成了課題的任務(wù)，更重要的是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)學(xué)過的書本知識(shí)有了更深的理解，比如通信原理課上老師跟我們講的語(yǔ)音信號(hào)的編碼，我能將老師課堂上教的東西，自己寫程序?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)編碼，能把書本上學(xué)到的理論應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，真正地做到了學(xué)以致用。同時(shí)也學(xué)到了許多書本上學(xué)不