基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计.docx
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基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计.docx
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基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计
1.课程设计选题.................................................................1
1.1题目及要求..............................................................1
1.2选题目的和意义..........................................................1
1.3研究方案确定............................................................1
1.3.1电路的主要性能指标.................................................1
1.3.2方案对比...........................................................1
2.基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计.....................................2
2.1系统框图................................................................2
2.2硬件设计................................................................2
2.2.1放大电路...........................................................2
2.2.2信号调制与发射.....................................................3
2.2.3三角波发生器.......................................................4
2.2.4信号接收...........................................................4
2.2.4.1信号接收与放大整形............................................4
2.2.4.2滤波解调......................................................5
2.2.4.3功率放大......................................................5
3.硬件测试.....................................................................5
3.1信号及波形分析..........................................................6
3.2硬件实物图及视频.........................................................8
4.参考文献....................................................................9
5.附件........................................................................10
1.课程设计选题
1.1题目及要求
题目:
基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计;
要求:
1.远距离声音调制发射接受电路设计;
2.信号滤波放大电路设计;
3.声音环境滤波和高性能放大电路设计;
4.其它功能自由发挥。
(以距离和信号复现程度作为主要衡量指标)
1.2选题目的和意义
根据所学的专业知识,采用模电知识来设计一个基于半导体激光器的远距离语音通话电路。
本设计能让我对所学习的专业知识进行一次综合应用,能够让我更好的掌握基本理论和电路调试能力,同时为以后的工作打好基础。
本课题希望通过半导体激光器来实现语音信号的远距离传输,因此决定将声音信号经过前期处理之后转换成电信号,再由激光器进行远距离传输。
一般情况之下,人说话的声音频率在300Hz~20kHz。
但是由于受到环境中其他噪声(汽车喇叭、建筑噪音等)以及电子元件噪声的干扰,再加上激光传输过程中外界光线、温度、湿度等因素的影响,语音信号经过扬声器输出时会产生较大的杂音。
为了能将原始的音频信号经激光传输到远处的扬声器,决定在发射部分设计滤波电路以消除环境中其他声音,在接收部分设计遮光设备以避免光敏元件受环境光照影响。
1.3研究方案确定
1.3.1电路的主要性能指标
1、有效传输距离:
0~10m。
2、语音输出功率:
0~8W连续可调。
3、语音输出效果:
清晰无杂音。
4、语音输出频率:
300Hz~20kHz。
1.3.2方案对比
方案一:
利用放大器放大语音信号并直接将信号接入激光器,将信号通过激光器传输。
接收部分利用I接受后经功率放大后驱动扬声器工作。
方案二:
利用NE555产生38kHz的三角波,将音频信号和三角波接入同一个比较器的两个输入端,利用调制出的方波进行传输。
方案三:
利用CD4046调制解调,将音频信号用4046调制后发射,接受调制信号后再用4046解调,最后送到功放。
考虑这三种方案,最后选取了方案二。
2.基于半导体激光器的远距离语音通话电路设计
2.1系统框图
经过反复对比,确定使用方案二用于本次设计,流程图如下:
NE555产生三角波
发射机
放大电路
音频信号
激光发射
比较器调制
功放电路
接受信号并放大整形
接收机
滤波解调
2.2硬件设计
2.2.1放大电路
在实际测试中发现,有效的音频信号幅值只有几十到上百毫伏,而调制比较时,音频信号要与三角波一样大,所以音频信号要先用运放放大。
这里采用TL082运放。
电路图如下:
这是一个加法器,音频信号放大后,又因为有所加的负5负电压,所以波形可以调节。
2.2.2信号调制与发射
本设计采用音频信号与35kHz的三角波进行比较产生占空比实时变化的方波的方法。
比较器输出端接NPN三极管,用三极管可以增加系统的带负载能力,可以有效驱动激光器。
电路图如下:
2.2.3三角波发生器
利用常见的NE555震荡器可以方便地产生所需的稳定三角波。
利用电源5V供电使幅值在1~3V。
调整R1和R3的阻值,使输出的三角波频率在35kHz。
电路图如下:
2.2.4信号接收
2.2.4.1信号接收与放大整形
激光发射的信号需要进行接收。
这里采用光电二极管进行光电转换。
信号接收后,由于比较小,这时要用运放进行信号放大,这里采用TL082进行了两级放大。
放大的信号再进行比较,使其减小失真,更利于滤波解调。
2.2.4.2滤波解调
这时额信号为调制的方波,需要进行滤波解调后才可以送到功放中放出声音,由于调制的三角波是35K,这时我们只需把这个三角波滤掉皆可以得到音频信号了。
2.2.4.3功率放大
解调得到的音频信号不能直接驱动喇叭发出声音,所以要搭一个功率放大器才可以驱动喇叭。
这里我们采用NPN和PNP的三极管放大做了一个功放。
3.硬件测试
3.1信号及波形分析
NE555产生的三角波
原始音频信号
调制波形
接收到的调制信号
解调后的音频信号
3.2硬件实物图及视频
视频:
4.参考文献
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435-438.
[2]李靖.一种用激光传送声音信号的方法[J].教学仪器与实验,2010,09:
11-13.
[3]王景芳.含噪语音实时迭代维纳滤波[J].计算机工程与应用,2011,19:
132-135.
[4]冯玉亮.语音增强方法研究[D].长江大学,2012.
[5]何姣.带噪语音信号基音检测技术研究[D].电子科技大学,2012.
[6]王光艳.语音信号处理中的数学形态学方法研究[D].河北工业大学,2003.
[7]任雷.半导体激光器驱动及温控系统研究[D].电子科技大学,2013.
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[9]刘何来.低信噪比下语音频率参数估计[D].长江大学,2013.
[10]刘静萍,姜占财,德熙嘉措.语音信号的预处理技术探讨[J].甘肃联合大学学报(自然科学版),2006,05:
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[17]崔景霖,刘晓科,耿志祥,王春涛.一体化脉冲式半导体激光器驱动电路及其布局[J].探测与控制学报,2012,05:
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[18]彭俊松.超快光纤激光器及其动力学特性研究[D].上海交通大学,2013.
[19]邵琦.空间激光通信高速图像传输系统研究[D].长春理工大学,2011.
5.附件:
电路图
发射部分
接受部分
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- 基于 半导体激光器 远距离 语音 通话 电路设计
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