基于半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通話電路設(shè)計(jì)

1、11中國(guó)計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 P.目 錄1.課程設(shè)計(jì)選題11.1題目及要求11.2選題目的和意義11.3研究方案確定11.3.1電路的主要性能指標(biāo)11.3.2方案對(duì)比12.基于半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通話電路設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)框圖22.2 硬件設(shè)計(jì)22.2.1放大電路22.2.2信號(hào)調(diào)制與發(fā)射32.2.3三角波發(fā)生器42.2.4信號(hào)接收42.2.4.1信號(hào)接收與放大整形42.2.4.2濾波解調(diào)52.2.4.3功率放大53.硬件測(cè)試53.1信號(hào)及波形分析63.2硬件實(shí)物圖及視頻84.參考文獻(xiàn)95.附件101.課程設(shè)計(jì)選題1.1題目及要求題目：基于半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通話電路

2、設(shè)計(jì);要求：1.遠(yuǎn)距離聲音調(diào)制發(fā)射接受電路設(shè)計(jì)；2.信號(hào)濾波放大電路設(shè)計(jì)； 3.聲音環(huán)境濾波和高性能放大電路設(shè)計(jì)； 4.其它功能自由發(fā)揮。（以距離和信號(hào)復(fù)現(xiàn)程度作為主要衡量指標(biāo)） 1.2選題目的和意義根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，采用模電知識(shí)來設(shè)計(jì)一個(gè)基于半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通話電路。本設(shè)計(jì)能讓我對(duì)所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行一次綜合應(yīng)用，能夠讓我更好的掌握基本理論和電路調(diào)試能力，同時(shí)為以后的工作打好基礎(chǔ)。本課題希望通過半導(dǎo)體激光器來實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，因此決定將聲音信號(hào)經(jīng)過前期處理之后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由激光器進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。一般情況之下，人說話的聲音頻率在300Hz20kHz。但是由于受到環(huán)境中其他

3、噪聲（汽車?yán)取⒔ㄖ胍舻龋┮约半娮釉肼暤母蓴_，再加上激光傳輸過程中外界光線、溫度、濕度等因素的影響，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過揚(yáng)聲器輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的雜音。為了能將原始的音頻信號(hào)經(jīng)激光傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的揚(yáng)聲器，決定在發(fā)射部分設(shè)計(jì)濾波電路以消除環(huán)境中其他聲音，在接收部分設(shè)計(jì)遮光設(shè)備以避免光敏元件受環(huán)境光照影響。1.3研究方案確定1.3.1電路的主要性能指標(biāo)1、有效傳輸距離：010m。2、語(yǔ)音輸出功率：08W連續(xù)可調(diào)。3、語(yǔ)音輸出效果：清晰無雜音。4、語(yǔ)音輸出頻率：300Hz20kHz。1.3.2方案對(duì)比方案一：利用放大器放大語(yǔ)音信號(hào)并直接將信號(hào)接入激光器，將信號(hào)通過激光器傳輸。接收部分利用I接受后經(jīng)功率放大后

4、驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器工作。方案二：利用NE555產(chǎn)生38kHz的三角波，將音頻信號(hào)和三角波接入同一個(gè)比較器的兩個(gè)輸入端，利用調(diào)制出的方波進(jìn)行傳輸。方案三：利用CD4046調(diào)制解調(diào)，將音頻信號(hào)用4046調(diào)制后發(fā)射，接受調(diào)制信號(hào)后再用4046解調(diào)，最后送到功放。考慮這三種方案，最后選取了方案二。2基于半導(dǎo)體激光器的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音通話電路設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)框圖經(jīng)過反復(fù)對(duì)比，確定使用方案二用于本次設(shè)計(jì)，流程圖如下：NE555產(chǎn)生三角波發(fā)射機(jī)放大電 路音頻信 號(hào) 激光發(fā)射比較器調(diào)制功放電路接受信號(hào)并放大整形接收機(jī) 濾波解調(diào)2.2 硬件設(shè)計(jì)2.2.1放大電路在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，有效的音頻信號(hào)幅值只有幾十到上百毫伏，而調(diào)制比

5、較時(shí)，音頻信號(hào)要與三角波一樣大，所以音頻信號(hào)要先用運(yùn)放放大。這里采用TL082運(yùn)放。電路圖如下：這是一個(gè)加法器，音頻信號(hào)放大后，又因?yàn)橛兴拥呢?fù)5負(fù)電壓，所以波形可以調(diào)節(jié)。2.2.2信號(hào)調(diào)制與發(fā)射本設(shè)計(jì)采用音頻信號(hào)與35kHz的三角波進(jìn)行比較產(chǎn)生占空比實(shí)時(shí)變化的方波的方法。比較器輸出端接NPN三極管，用三極管可以增加系統(tǒng)的帶負(fù)載能力，可以有效驅(qū)動(dòng)激光器。電路圖如下：2.2.3三角波發(fā)生器利用常見的NE555震蕩器可以方便地產(chǎn)生所需的穩(wěn)定三角波。利用電源5V供電使幅值在13V。調(diào)整R1和R3的阻值，使輸出的三角波頻率在35kHz。電路圖如下：2.2.4信號(hào)接收2.2.4.1 信號(hào)接收與放大整形激

6、光發(fā)射的信號(hào)需要進(jìn)行接收。這里采用光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。信號(hào)接收后，由于比較小，這時(shí)要用運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)放大，這里采用TL082進(jìn)行了兩級(jí)放大。放大的信號(hào)再進(jìn)行比較，使其減小失真，更利于濾波解調(diào)。2.2.4.2濾波解調(diào)這時(shí)額信號(hào)為調(diào)制的方波，需要進(jìn)行濾波解調(diào)后才可以送到功放中放出聲音，由于調(diào)制的三角波是35K，這時(shí)我們只需把這個(gè)三角波濾掉皆可以得到音頻信號(hào)了。2.2.4.3功率放大解調(diào)得到的音頻信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出聲音，所以要搭一個(gè)功率放大器才可以驅(qū)動(dòng)喇叭。這里我們采用NPN和PNP的三極管放大做了一個(gè)功放。3.硬件測(cè)試3.1信號(hào)及波形分析 NE555產(chǎn)生的三角波 原始音頻信號(hào)調(diào)制波形接收到

7、的調(diào)制信號(hào)解調(diào)后的音頻信號(hào)3.2硬件實(shí)物圖及視頻視頻：4.參考文獻(xiàn)1安毓英. 第四章 激光傳輸技術(shù)J. 激光與紅外,2002,06:435-438.2李靖. 一種用激光傳送聲音信號(hào)的方法J. 教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2010,09:11-13.3王景芳. 含噪語(yǔ)音實(shí)時(shí)迭代維納濾波J. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2011,19:132-135.4馮玉亮. 語(yǔ)音增強(qiáng)方法研究D.長(zhǎng)江大學(xué),2012.5何姣. 帶噪語(yǔ)音信號(hào)基音檢測(cè)技術(shù)研究D.電子科技大學(xué),2012.6王光艷. 語(yǔ)音信號(hào)處理中的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法研究D.河北工業(yè)大學(xué),2003.7任雷. 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)研究D.電子科技大學(xué),2013.8鐘林鵬.

8、說話人識(shí)別系統(tǒng)中的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)研究D.電子科技大學(xué),2013.9劉何來. 低信噪比下語(yǔ)音頻率參數(shù)估計(jì)D.長(zhǎng)江大學(xué),2013.10劉靜萍,姜占財(cái),德熙嘉措. 語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理技術(shù)探討J. 甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,05:61-64.11張桂香,高愛國(guó). 語(yǔ)音信號(hào)采集和處理方法的研究J. 高師理科學(xué)刊,2007,02:38-40.12桂玉屏,黎明聰,方衛(wèi)亮,胡先志. 大氣激光音像傳輸系統(tǒng)J. 光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù),2007,02:36-38.13靜國(guó)梁,趙詩(shī)華,方誠(chéng),滕愛萍,劉榮. 高功率臺(tái)式激光器原理及應(yīng)用J. 大學(xué)物理,2007,02:39-41+44.14張節(jié). 語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理和特征提取技術(shù)J. 電腦知識(shí)與技術(shù),2009,22:6280-6282.15程木,吳重慶,王丹,盛積業(yè),劉華. 激光器驅(qū)動(dòng)和激光器之間的高速連接J. 光學(xué)學(xué)報(bào),2009,05:1168-1172.16鄧軍. 半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模式與可靠性研究D.吉林大學(xué),2008.17崔景霖,劉曉科,耿志祥,王春濤.